NASA vyvíjí technologie pro zachycení gravitačních vln, čeká nás nová éra astronomie?

24. 10. 2012

Gravitace Astronomie Kvantová fyzika Gravitační vlny LISA

Astronomie se neustále vyvíjí, od prvních očí našich předků upřených k noční obloze, přes dalekohled Galilea, až po moderní infračervené nebo rentgenové teleskopy. Astronomie jde mílovými kroky kupředu a nejen díky novým technologiím, ale také za významného přispění nových pohledů na svět kolem nás. Dnes mohou astronomové pozorovat vzdálené objekty v různých částech elektromagnetického spektra, NASA ale chce jít ještě dál, chce zachytit gravitační vlny a pozorovat samotný velký třesk.

LISA, detektor gravitačních vln

detektor LISA bude tvořen třemi družicemib které budou vzájemně propojené a budou sledovat fluktuace časoprostoru.

Image credit:

Gravitační vlna vzniká při vzájemné interakci dvou objektů, jde o zakřivení časoprostoru způsobené gravitační silou obou objektů. Aby však mohli astronomové vlnu skutečně zachytit, což se zatím nikdy nepodařilo, chtějí se soustředit na ty největší, ty které vznikají například při kolizi černých děr anebo, ty největší, které vznikly při velkém třesku. Existence gravitačních vln byla ale zatím pozorována pouze nepřímo, a to jako zkrácení periody vzdáleného pulzaru, za což byla v roce 1993 udělena Nobelova cena za fyziku Russellu A. Hulseovi a Josephu H. Taylor Jr.

Než k nám taková vlna dorazí, je její účinek natolik nepatrný, že jej lze srovnat s pohybem o velikost atomu. Pozorování dějů při takových velikostech se věnuje disciplína atomová interferometrie, při které vědci využívají kvantových vlastností atomů. "Pokud se dráha, po které se atom ubírá, změní byť jen o pikometr, atomární interferometr by to měl zachytit." řekl Babak Saif, který vede tým vědců v NASA zabývajícím se touto problematikou.

Jeho tým získal dotaci NASA v rámci programu NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts), se kterou mají tuto technologii nadále vyvíjet. V rámci jejich výzkumu navrhli a vyrobili speciální laser, který chtějí namontovat na atomární interferometr na Stanford University. 

Během experimentu umístí na vrchol asi desetimetrové věže obláček s atomy rubidia. Jak na ně bude gravitace působit a přitahovat je směrem k Zemi, vědci atomy s pomocí laseru zchladí na velmi nízkou teplotu, při které se začnou chovat jako vlnění. Následovat budou další laserové pulsy, které je rozptýlí a následně zase dají dohromady při dopadu na detektor, kde budou vědci moci do sebemenšího detailu prozkoumat dráhu atomů.

Pokud bude experiment úspěšný, bude se tým pokoušet přesvědčit NASA o financování vesmírné mise se třemi družicemi, které by na podobném principu zkoumaly gravitační vlny ve vesmíru. NASA měla už dříve v plánu společně s Evropskou vesmírnou agenturou zkoumat gravitační vlny ve vesmíru, od projektu LiSA však americká agentura ustoupila kvůli nedostatku financí ve svém rozpočtu. ESA tento projekt přepracovala do nové podoby a chce jej spustit pod označením NGO (New Gravitational Wave Observatory). Ani jedna z misí však nemá pevně stanovený plán a je pravděpodobné, že v následujících deseti letech do vesmíru detektor gravitačních vln nepoletí.