Gravitācijas viļņi

Gravitācijas viļņi ir šķērsviļņi, kurus saskaņā ar vispārīgās relativitātes teoriju rada paātrinātā kustībā esoši masīvi ķermeņi vai to formas izmaiņa. Potenciāli gravitācijas viļņu avoti ir pārnovu sprādzieni, neitronu zvaigžņu vai melno caurumu sadursmes. Gravitācijas viļņi vakuumā izplatās ar gaismas ātrumu. Mijiedarbojoties ar ķermeņiem, tiem ir jāizraisa šo ķermeņu deformācija.

Divdimensionāla gravitācijas viļņu shēma, kurus rada divas vienas ap otru riņķojošas neitronu zvaigznes

Lai gan vācu fiziķa Alberta Einšteina izstrādātā vispārīgā relativitātes teorija paredzēja gravitācijas viļņu eksistenci jau 1916. gadā, pirmos tiešos gravitācijas viļņu novērojumus izdevās fiksēt tikai 2015. gada septembrī, kad LIGO gravitācijas viļņu detektori reģistrēja divu melno caurumu sadursmi aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes.^[1]^[2] Novērojums oficiāli tika apstiprināts 2016. gadā.^[1]

Kopā ar elektromagnētiskajiem viļņiem gravitācijas viļņi ir vieni no diviem viļņu veidiem, kas spēj pārvietoties caur Visumu un nogādāt informāciju no attāliem astronomiskiem objektiem uz Zemes virsmas.^[3]

Vēsture

Gravitācijas viļņus pirmoreiz paredzēja Einšteina vispārīgā relativitātes teorija 1916. gadā. Ilgu laiku nebija pietiekami jutīgu instrumentu šo viļņu pierādīšanai. Gravitācijas viļņu eksistenci netieši pierādīja Rasels Halss un Džozefs Teilors, pētot jauna veida pulsāru PSR 1913+16, par ko viņiem 1993. gadā piešķīra Nobela prēmiju.

Lai mēģinātu atklāt gravitācijas viļņus tiešos mērījumos, tika izmantoti elektromagnētiskie teleskopi un neitrīno observatorijas. Džozefs Vebers pirmais mēģināja atklāt gravitācijas viļņus 1960. gados, darbojoties ar rezonanses masas stieņa detektoru. Līdzīgi detektori pasaulē tika uzbūvēti sešās vietās, bet tie nedeva pozitīvu rezultātu. 1970. gados zinātnieki izmantoja lāzera interferometriju, lai veiktu gravitācijas viļņu mērījumus.

2002. gadā gravitācijas viļņus sāka meklēt LIGO observatorija.

2014. gada 17. martā Hārvarda — Smitsona astrofizikas centra zinātnieki paziņoja, ka atklājuši gravitācijas viļņu pēdas. Atklājums veikts, analizējot datus no teleskopa BICEP2, kurš no 2010. līdz 2012. gadam veica reliktstarojuma novērojumus Antarktīdā. Vēlākas citu zinātnieku analīzes liecināja, ka tādas pēdas varētu būt atstājuši starpzvaigžņu putekļi.

2016. gada februārī LIGO darba grupa paziņoja, ka gravitācijas viļņi ir novēroti melno caurumu mijiedarbībā.^[4]^[5]

Nozīme

Pateicoties informācijai no gravitācijas viļņiem, zinātniekiem 2017. gada oktobrī pirmoreiz vēsturē izdevās novērot divu neitronu zvaigžņu sadursmi (kilonovas eksploziju) aptuveni 130 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes, pēc kā tika secināts, ka visticamāk lielākā daļa no Visumā sastopamajiem ķīmiskajiem elementiem kā zelts, platīns, plutonijs un citi elementi, kas ir smagāki par dzelzi, (to skaitā arī uz Zemes) ir tikuši izveidoti šāda veida astronomisko objektu sadursmju rezultātā.^[1]^[6]^[7]