Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Nobelova cena za objev gravitačních vln

Gravitační vlny, které vznikly spojením dvou černých děr, se oceněným vědcům podařilo poprvé pozorovat v září 2015 (vizualizace: LIGO)

Už když se poprvé psalo o objevu gravitačních vln, bylo jasné, že „to bude na Nobelovku“. A skutečně, nobelovský výbor porušil tradice a namísto několikaletého čekání letos cenu udělil zcela novému objevu. Laureáty letošní Nobelovy ceny za fyziku oznámila Královská švédská akademie věd minulé úterý.

Nobelovu cenu za fyziku dostali Rainer Weiss, Barry Barish a Kip Thorne za rozhodující příspěvek ke konstrukci detektoru LIGO a za objev gravitačních vln. Cenu převezmou 10. prosince na oficiální ceremonii ve Stockholmu. Polovinu finanční odměny obdrží Weiss, zatímco Barish a Thorne se rozdělí o druhou.

V únoru 2016 oznámili Weiss, Barish a Thorne, kteří pracují na detektoru LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), že poprvé přímo detekovali gravitační vlny. Pozorování provedli v září 2015, gravitační vlny vznikly při spojení dvou černých děr.

Podruhé byla událost zaznamenána v červnu 2016, ke třetí pak došlo v lednu 2017. Do Nobelovy ceny nemohla být zahrnuta zcela nová, čtvrtá detekce gravitačních vln na italském detektoru VIRGO.

Své dojmy krátce po zveřejnění laureátů okomentoval Reiner Weiss slovy: „Sotva jsem se stačil obléknout a ihned jsem telefonoval do Stockholmu, abych vyjádřil své přesvědčení, že cena patří dalším tisícům lidí, kteří pracují na observatoři LIGO. Poprvé jsme se spletli, ale pak jsme pomalu přiměli detektor pracovat tak, jak jsme předpokládali.“

LIGO obsahuje dva interferometry o délce 4 km, jeden je v Hanfordu ve státě Washington, druhý v Livingstonu ve státě Louisiana. Obě zařízení měří extrémně malé změny vzdáleností podél ramen interferometrů, které lze pozorovat, když Zemí procházejí gravitační vlny. „Když jsme poprvé zaznamenali gravitační vlny, řada z nás tomu nevěřila a trvalo nám dva měsíce, než jsme sami sebe přesvědčili,“ říká Rainer Weiss.

Weiss měl klíčovou roli při navrhování a stavbě detektorů LIGO. Narodil se v Berlíně v roce 1932. Německo opustil v roce 1939 a jeho rodina se usadila v New Yorku. Fyziku studoval na MIT, kde v roce 1962 dosáhl titulu Ph.D. Po krátkém působení v Princetonu se vrátil na MIT, kde založil skupinu zabývající se kosmologií a teorií gravitace.

Další z laureátů Barry Barish byl vůdčím členem týmu LIGO od roku 1994. V roce 1997 byl jmenován ředitelem observatoře. Narodil se v roce 1936 v Omaze v Nebrasce. Studoval fyziku vysokých energií na univerzitě v Berkeley, kde také získal vědecké tituly. V roce 1963 nastoupil na Caltech (California Institute of Technology), kde dodnes působí jako emeritní profesor.

Kip Thorne, poslední z třetice oceněných fyziků, je spoluzakladatelem LIGO a autorem důležitých výpočtů, které ukazují, jakým způsobem detektor LIGO gravitační vlny zaznamenává. Narodil se v roce 1940 v Loganu v Utahu. Studoval fyziku na Caltechu a vědeckou hodnost získal na Princetonu. Poté se vrátil na Caltech, kde stejně jako Barish působí jako emeritní profesor. Jeho práce se soustřeďuje na teoretickou astrofyziku a teorii relativity.

Existenci gravitačních vln předpověděl před sto lety Albert Einstein ve své obecné teorii relativity. Jde o zvlnění prostoročasu, které je způsobené urychlujícími se velkými hmotnými objekty. Thorne a další fyzici předpovídali, že častým zdrojem gravitačních vln by mohly být binární černé díry nebo binární hvězdy.

Úspěch detektorů LIGO a později i VIRGO pootevřel okno do vesmíru a započal zcela novou éru měření gravitačních vln. Nové možnosti výzkumu se týkají i tzv. „multimessenger astronomy“, v rámci které se teleskopy zaměřují na zdroje gravitačních vln a detekci elektromagnetických vln emitovaných těmito zdroji. Takové záření nebylo při prvních čtyřech událostech detekováno, a očekává se, že bude zachyceno při sledování událostí zahrnujících neutronové hvězdy a další astronomické objekty.

Výsledky a data z LIGO poskytly astronomům a kosmologům na celém světě doteď zcela neznámé poznatky, které pozměňují dosavadní pohled na vesmír. Před vědci nyní vyvstávají nové problémy týkající se systémů binárních černých děr. Astronomie gravitačních vln by měla prohloubit naše znalosti o vesmíru v jeho nejranějším stadiu. Pokaždé když v minulosti došlo k události podobného významu, objevily se nové a neočekávané jevy. Příkladem je nástup radioastronomie, která odhalila nejjasnější objekty ve vesmíru, kterými jsou zatím kvazary a pulzary.

Černé díry, které patří k nejaktivnějším producentům gravitačních vln, jsou jedny z nejjednodušších objektů ve vesmíru. Tyto zcela „neposkvrněné“ objekty nevyžadují zjišťování příliš mnoha parametrů. Jejich dynamika je totiž určena převážně jejich hmotností. Gravitační vlny mohou dokonce přispět k dalším novým objevům, protože se týkají fundamentální gravitační síly, která je sama o sobě velkou hádankou.

Gravitační vlny se totiž mohou volně šířit horkou plazmou raného vesmíru, která je pro elektromagnetické záření zcela neprůhledná, a mohly by poskytnout informace o vesmíru dokonce pouhou triliontinu sekundy po velkém třesku.

Spolupráci v rámci LIGO a její dosavadní výsledky velmi kladně hodnotí i významný kosmolog Neil Turok. Ten v současné době s kolegy pracuje na teoretickém návrhu „šokových vln“, které vznikly zlomky sekund po velkém třesku. Tyto vlny by mohly mít vliv na měřené změny hustoty mikrovlnného pozadí a mohly by být detekovány pouze gravitačním zářením. Pokud tedy „šokové vlny“ skutečně existují, detektory LIGO by mohly zachytit jejich signál.

Zdá se, že astronomie právě objevených gravitačních vln má před sebou ještě velkou budoucnost.

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop