Print this page
Teoria Einsteina potwierdzona Jakub Ostałowski

Teoria Einsteina potwierdzona

Academia

2016-02-11/12

Fale grawitacyjne wywołane zderzeniem dwóch czarnych dziur zarejestrowali naukowcy 14 września 2015 r. o godz. 9.50 czasu uniwersalnego. Wydarzenie to potwierdza jedną z najważniejszych konsekwencji ogłoszonej w 1915 r. ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Otwiera całkowicie nowe perspektywy badania wszechświata. W odkryciu brali udział również Polacy

 

Fale grawitacyjne są drobnymi zmarszczkami krzywizny czasoprzestrzeni, wytwarzanymi przez gwałtowne zdarzenia dziejące się w kosmosie, takie jak zlewanie się układu podwójnego gwiazd neutronowych, eksplozje masywnych gwiazd (supernowych) lub zderzenia czarnych dziur. Ich istnienie zostało przewidziane w 1916 r. jako jedna z konsekwencji ogólnej teorii względności Einsteina. Zarejestrowane we wrześniu 2015 r. fale grawitacyjne powstały w ostatnim ułamku sekundy połączenia się dwóch czarnych dziur o masach 30-krotnie przewyższających masę Słońca. Przez kilka miliardów lat orbitowały one wokół siebie w układzie podwójnym, stopniowo zbliżając się do siebie. W końcu doszło do ich zderzenia, a w konsekwencji zlania się w jedną potężna czarną dziurę, która jakiś czas jeszcze pulsowała, wypromieniowując niezwykłą ilość energii – to najbardziej energetyczne zjawisko znane ludzkości, 100 razy jaśniejsze niż jasność Wszechświata.

 

Zderzenie dwóch czarnych dziur zaobserwowano pierwszy raz. Rozchodzące się w jego wyniku fale grawitacyjne dotarły do Ziemi z – jak mówi ogólna teoria względności – prędkością światła. Ich rejestracja była możliwa dzięki detektorom Laserowego Obserwatorium Interferometrycznego Fal Grawitacyjnych – LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory), znajdującym się w Livingston w stanie Luizjana i Hanford w stanie Waszyngton w USA. Nad odkryciem pracował ponad 1300-osobowy zespół naukowców LIGO Scientific Collaboration oraz Virgo Collaboration, którego częścią jest polska grupa naukowa POLGRAW.

 

Bezpośrednia obserwacja fal grawitacyjnych to potwierdzenie ogólnej teorii względności Einsteina, pokazującej związek grawitacji z krzywizną czasoprzestrzeni. Fale są bowiem jedynym w swoim rodzaju „próbnikiem” stanu grawitacji w ekstremalnych warunkach, takich jak właśnie zapadający się układ podwójny czarnych dziur. Ich detekcja i badanie jest niezbędne do zrozumienia grawitacji, najbardziej naturalnego z czterech podstawowych oddziaływań (grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i słabe), a jednak wciąż najbardziej tajemniczego.

 

Wykrycie fal grawitacyjnych otwiera nowe możliwości badania wszechświata. Przez stulecia ludzkość poznawała go przez obserwację światła wypromieniowanego przez obiekty na niebie. Fale grawitacyjne są całkowicie odrębnym i nowym rodzajem przekazywania niedostępnej w żaden inny sposób astronomicznej informacji. O ile fale elektromagnetyczne powstają podczas ruchu ładunków elektrycznych, o tyle grawitacyjne są efektem ruchu mas – a to dwie niezależne cechy materii. Teraz za ich pomocą będzie można badać również fragmenty kosmosu zasłonięte przez kosmiczny pył.

 

Detekcja fal grawitacyjnych umożliwi także rozwój wyrafinowanej technologii w różnych dziedzi-nach inżynierii – od mechaniki do optyki. Istotny wkład w doprowadzeniu do pierwszej bezpośredniej obserwacji fali grawitacyjnej z układu podwójnego czarnych dziur wniosło 15 polskich naukowców pracujących w grupie POLGRAW, która jest członkiem projektu Virgo.

 

Piętnaścioro z tysiąca trzystu, czyli jaki wkład w odkrycie wnieśli Polacy

 

Istotny wkład w doprowadzeniu do pierwszej bezpośredniej obserwacji fali grawitacyjnej z układu podwójnego czarnych dziur wniosło 15 polskich naukowców pracujących w grupie POLGRAW, która jest członkiem projektu Virgo.

 

Stworzyli oni podstawy wielu algorytmów i metod służących do wykrycia i estymacji parametrów fal grawitacyjnych z układów podwójnych (prof. dr hab. Andrzej Królak, prof. dr hab. Piotr Jaranowski), przyczynili się do precyzyjnego modelowania sygnału fali grawitacyjnej z układu podwójnego (prof. dr hab. Piotr Jaranowski, prof. dr hab. Andrzej Królak), przeprowadzili symulacje pokazujące, że układy podwójne czarnych dziur są najlepiej wykrywalnymi przez detektory LIGO-Virgo źródłami promieniowania grawitacyjnego (prof. dr hab. Krzysztof Belczyński, prof. dr hab. Tomasz Bulik), badali astrofizyczne własności układów podwójnych (dr hab. Michał Bejger, dr Izabela Kowalska-Leszczyńska, dr hab. Dorota Rosińska), oraz poszukiwali mogących towarzyszyć zdarzeniu błysków optycznych (dr Adam Zadrożny).

 

Do urzeczywistnienia odkrycia przyczyniła się również praca prof. dr. hab. Andrzeja Królaka jako członka Zarządu projektu Virgo i członka Komisji Analizy Danych konsorcjum LIGO-Virgo oraz praca prof. dr hab. Tomasza Bulika jako członka jednego z Komitetów Przeglądu Prac konsorcjum. Dr hab. Michał Bejger brał udział w weryfikacji kodów numerycznych, które były użyte do analizy danych, a prof. dr hab. Andrzej Królak był jednym z wewnętrznych recenzentów jednej z prac przedstawiających odkrycie.

 

Dziewięciu naukowców z grupy POLGRAW znalazło się wśród autorów publikacji ogłaszającej odkrycie fal grawitacyjnych, która ukaże się w „Physical Review Letters”.

 

W skład grupy POLGRAW wchodzą:

 

prof. dr hab. Andrzej Królak – lider grupy POLGRAW Instytut Matematyczny PAN

Profesor Instytutu Matematycznego PAN (od 2003) i Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Członek międzynarodowego zespołu VIRGO (VIRGO collaboration) i jego Komitetu Sterującego; koordynator polskiego konsorcjum Projektu VIRGO. Współprzewodniczący LIGO Scientific Collaboration (LSC) i grupy roboczej VIRGO Collaboration Continuous Waves. Doktorat uzyskał w 1982 r. na Wydziale Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego, habilitował się w Instytucie Matematyki PAN w 1990 r. Doświadczenie zdobywał na stażu podoktorskim na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Cardiff (1986‒1988); jako Visiting Scientist w Instytucie Fizyki Grawitacyjnej Instytutu Maxa Plancka w Poczdamie (Instytut Alberta Einsteina) (1996‒1998 oraz 2004‒2005); Senior Research Associate w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA na Kalifornijskim Uniwersytecie Technologicznym w Pasadenie (2002‒2004). Dwukrotny laureat prestiżowej nagrody II stopnia Fundacji Badań nad Grawitacją (Gravity Research Foundation, USA). Pierwszą otrzymał w 1982 r. Drugą, wraz z prof. Bernardem F. Schutzem, za pracę „Coalescing Binaries Probe of the Universe”, w której przedstawiono podstawowe własności sygnału fali grawitacyjnej ze zlewajacego się układu podwójnego, który jest przedmiotem obecnego odkrycia. Członek Polskiego Towarzystwa Matematycznego, założyciel Polskiego Towarzystwa Relatywistycznego. Jego zainteresowania badawcze obejmują fale grawitacyjne: analizę danych, algorytmy detekcji oraz osobliwości czasu i przestrzeni: hipotezy kosmicznej cenzury.

 

dr hab. Michał Bejger Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN

Astrofizyk. W przeszłości był stypendystą programu Marie Curie w Obserwatorium Paryskim i reintegracyjnego stypendium Marie Curie w CAMK PAN. Od 2011 roku jest członkiem współpracy LIGO-Virgo. Oprócz analizy danych detektorów fal grawitacyjnych, jego zainteresowania naukowe obejmują fizykę wnętrz gwiazd neutronowych, procesy zachodzące blisko horyzontu czarnych dziur oraz symulacje numeryczne w ogólnej teorii względności. Współrozwija pakiet do obliczeń symbolicznych rachunku tensorowego i różniczkowej geometrii SageManifolds (część projektu wolnego i otwartego oprogramowania SageMath). Jest edytorem działu astronomii w magazynie popularnonaukowym „Delta”.

 

prof. dr hab. Krzysztof Belczyński Obserwatorium Astronomiczne, Uniwersytet Warszawski

Astrofizyk. Członek LIGO Scientific Collaboration (LSC) w latach 2002-2009. Jego zainteresowania naukowe dotyczą astrofizyki teoretycznej w tym ewolucji gwiazd w układach podwójnych, fizyki obiektów zwartych (czarnych dziur, gwiazd neutronowych, białych karłów) oraz źródeł promieniowania grawitacyjnego. Doktorat uzyskał w 2001 r. w Centrum Astronomicznym im. M. Kopernika PAN, habilitację w 2010 roku. Pracownik prestiżowych ośrodków badawczych: Los Alamos National Laboratory, New Mexico State University, Northwestern University, Harvard-Smithsonian, CNRS. Laureat nagród FNP i PAN. Członek honorowy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.

 

dr Arkadiusz Błaut Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Wrocławski

W latach 1988‒93 studiował fizykę na Uniwersytecie Wrocławskim, gdzie w roku 1993 obronił tytuł magistra, a w roku 1998 uzyskał stopień doktora. Specjalizuje się w fizyce oddziaływań grawitacyjnych. Zakres jego prac badawczych obejmuje m.in. kosmologię oraz detekcję fal grawitacyjnych. Od 2013 r. jest członkiem projektu LIGO.

 

dr Kazimierz Borkowski Centrum Astronomii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Emerytowany pracownik UMK, gdzie jako radioastronom w 1980 r. uzyskał stopień doktora nauk fizycznych. Specjalizował się w obserwacjach Słońca i w technice VLBI. W ramach POLGRAW opracował programy do redukcji pomiarów pochodzących z naziemnych detektorów fal grawitacyjnych, do barycentrum Układu Słonecznego oparte o precyzyjne efemerydy JPL.

 

prof. dr hab. Tomasz Bulik Obserwatorium Astronomiczne, Uniwersytet Warszawski

Ukończył studia na Wydziale Fizyki UW w 1988 r. Pięć lat później uzyskał doktorat na Wydziale Astronomii i Astrofizyki Stanowego Uniwersytetu Pensylwanii. Po kilkuletnim stażu podoktorskim na Uniwersytecie Chicagowskim w 1996 r. powrócił do Polski i rozpoczął pracę w Centrum Astronomicznym im. M. Kopernika PAN. W Obserwatorium Astronomicznym UW pracuje od 2005 r. Jego zainteresowania to astrofizyka teoretyczna, badanie relatywistycznych źródeł kosmicznych, ewolucja układów podwójnych, a także charakteryzacja miejsc na budowę teleskopów. Jest autorem 250 artykułów naukowych.

 

dr Paweł Ciecieląg Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN

W pracy doktorskiej zajmował się symulacjami numerycznymi wielkoskalowej struktury Wszechświata, a podczas stażu podoktorskiego w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu w Monachium – symulacjami dysków protoplanetarnych. Posiada doświaczenie w zarządzaniu projektami z pogranicza astronomii i informatyki takimi jak AstroGrid-PL. Obecnie zarządza klastrami obliczeniowymi w CAMK PAN oraz IM PAN. W połowie 2015 r. dołączył do współpracy LIGO-Virgo jako ekspert w zakresie optymalizacji oprogramowania i obliczeń wielkoskalowych.

 

dr Orest Dorosh Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Fizyk. Studia ukończył na Uniwersytecie we Lwowie, studia doktoranckie w Instytucie Fizyki PAN. Od 2011 r. jest członkiem współpracy LIGO-Virgo. Oprócz analizy danych detektorów fal grawitacyjnych, jego zainteresowania naukowe obejmują metody probabilistyczne do problemów rozpraszania zanieczyszczeń w środowisku.

 

prof. dr hab. Piotr Jaranowski Wydział Fizyki, Uniwersytet w Białymstoku

Doktorat obronił z wyróżnieniem w 1994 r. w Centrum Astronomicznym im. M. Kopernika PAN w Warszawie, stopień doktora habilitowanego zdobył w 2002 r. na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. W 2015 r. otrzymał tytuł profesora nauk fizycznych. Od ukończenia w 1985 r. na UW studiów z fizyki związany jest z Białymstokiem. Staż podoktorski odbył w Max-Planck-Arbeitsgruppe Gravitationstheorie na Uniwersytecie Friedricha Schillera w Jenie (Niemcy). Wielokrotnie był wizytującym naukowcem w Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute) w Niemczech, w Theoretisch-Physikalisches Institut na Uniwersytecie Friedricha Schillera w Jenie (Niemcy) oraz w Institut des Hautes Études Scientifiques (Bures-sur-Yvette, Francja). Zajmuje się analizą danych z detektorów fal grawitacyjnych oraz problemem ruchu w ogólnej teorii względności. Jest współautorem ok. 120 artykułów opublikowanych w czasopismach o zasięgu międzynarodowym oraz (wraz z prof. Andrzejem Królakiem) monografii „Analysis of Gravitational-Wave Data” wydanej przez Cambridge University Press. Jest członkiem Międzynarodowej Unii Astronomicznej, Polskiego Towarzystwa Fizycznego oraz Polskiego Towarzystwa Relatywistycznego.

 

dr Izabela Kowalska-Leszczyńska Obserwatorium Astronomiczne, Uniwersytet Warszawski

Absolwentka Wydziału Fizyki UW, gdzie później uzyskała stopień doktora w zakresie astrofizyki. Obecnie odbywa staż podoktorski w OA UW. Zajmuje się badaniem sygnałów pochodzących od zlewających się układów podwójnych gęstych, masywnych obiektów, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe, jak również szeroko pojętymi zastosowaniami astrofizycznymi obserwacji fal grawitacyjnych. Z grupą POLGRAW jest związana od początku jej istnienia.

 

mgr inż. Adam Kutynia Wydział Elektroniki, Politechnika Wrocławska

Inżynier elektronik. W 2001 roku ukończył Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej, gdzie pracował przez następne 11 lat w grupie konstruującej spektrometry EPR. Od 2012 członek grupy POLGRAW, oddelegowany do pracy w detektorze Virgo we Włoszech. Członek zespołu opracowującego system sterowania aktywnego tłumienia drgań sejsmicznych (SAT) w interferometrze. Po powrocie do kraju stworzył grupę inżynierów, którzy kontynuują prace nad nową wersją układu sterowania zawieszeniami aktywnymi oraz modułowym układem akwizycji i obróbki danych do kompensacji szumu newtonowskiego dla Virgo.

 

dr Maciej Piętka dawniej Wydział Fizyki, Uniwersytet w Białymstoku, obecnie Gjøvik Videregående Skole

Fizyk teoretyczny zajmujący się m.in. fizyką półprzewodników, matematyk i programista komputerowy. Magisterium z fizyki otrzymał na Uniwersytecie w Białymstoku (1996), stopień doktora fizyki uzyskał na Uniwersytecie Warszawskim za pracę „Electron mobility in a Delta-Doped Semiconductor in the Presence of Gate Voltage” (2002). Adiunkt na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Białostockiego (1996-2009). Od 2010 r. uczy fizyki i matematyki w Gjøvik (Norwegia). Stworzył zestaw algorytmów i narzędzi numerycznych do wykrywania słabych sygnałów w oparciu o metodę największego prawdopodobieństwa. Software jego autorstwa jest wykorzystywany do poszukiwania fal grawitacyjnych w projekcie Virgo.

 

dr hab. Dorota Rosińska Instytut Astronomii, Uniwersytet Zielonogórski

Profesor nadzwyczajny w Instytucie Astronomii im. Janusza Gila na UZ. Prowadzi również badania w Centrum Astronomicznym im. M. Kopernika PAN. Tytuł magistra astronomii otrzymała na Uniwersytecie Warszawskim, tytuł doktora astrofizyki w CAMK PAN, a tytuł doktora habilitowanego nauk fizycznych w zakresie astronomii na Uniwersytecie Jagielońskim. W latach 2001‒2005 oraz 2006‒2009 pracowała w Obserwatorium Paryskim w Meudon oraz na Universite Paris VII. W latach 2005‒2006, jako laureat konkursu Hiszpanskiego Ministerstwa Nauki, prowadziła projekt z astrofizyki obiektów zwartych na Uniwersytecie w Alicante. Jest laureatką programu FOCUS FNP (2008‒2013) oraz programu europejskiego POMOST FNP (2013‒2015). Dzięki tym programom zbudowała zespół naukowy na Uniwersytecie Zielonogórskim pracujący nad astrofizycznymi źródłami fal grawitacyjnych. Program FNP umożliwił budowę klastra komputerowego PIRXGW na Uniwersytecie Zielonogórskim dedykowanego analizie danych z detektorów fal grawitacyjnych oraz modelowaniu astrofizycznych źródeł fal grawitacyjnych. Reprezentuje Uniwersytet Zielonogórski w konsorcjum detektora fal grawitacyjnych Virgo, konsorcjum Einstein Telescope oraz konsorcjum Kagra. W roku 2011 za wybitne zasługi w pracy naukowo-badawczej, dydaktycznej i społecznej, za popularyzowanie nauki w Polsce i na świecie została nagrodzona Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski. Członkiem projektów Virgo i LIGO jest od 2009 r. Zajmuje się m.in. symulacjami numerycznymi astrofizycznych źródeł fal grawitacyjnych oraz analizą danych z detektorów fal grawitacyjnych LIGO/Virgo. Pracuje w zespole poszukującym danych z detektorów, sygnału wytworzonego w procesie zlewania się układów podwójnych czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

 

mgr Magdalena Sieniawska Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN

Doktorantka w CAMK PAN. W czasie studiów na Uniwersytecie Warszawskim pracowała w Narodowym Centrum Badań Jądrowych i współpracowała z ośrodkami badawczymi w Europie (m.in. AIfA w Bonn, MPA w Garching koło Monachium) nad zagadnieniami kosmologii i wielkoskalowej struktury Wszechświata. Od 2015 r. jest członkinią współpracy LIGO-Virgo, gdzie zajmuje się rozwijaniem kodu do analizy danych z detektorów fal grawitacyjnych. Jej dodatkowymi zainteresowaniami akademickimi są wnętrza gwiazd neutronowych, numeryczne metody modelowania procesów fizycznych oraz ogólna teoria względności.

 

dr Adam Zadrożny Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Astrofizyk. Od 2010 r. jest członkiem współpracy LIGO-Virgo. Jego zainteresowania koncentrują się wokół astronomii wielu źródeł i metod analizy danych. Współpracuje z zespołem Pi of the Sky (CFT PAN, UW, NCBJ) nad poszukiwaniem błysków optycznych, które mogą być powiązane z kandydatami na fale grawitacyjne w danych detektorów sieci LSC-Virgo. W swoich badaniach stara się łączyć fizykę i informatykę. W 2012 r. był na stażu dla doktorantów w Facebook Inc. w Menlo Park w USA. Absolwent fizyki teoretycznej w ramach Kolegium MISMaP UW. Dawny stypendysta Krajowego Funduszu na rzecz Dzieci.

 

Polscy naukowcy zajmują się analizowaniem danych zbieranych przez detektory LIGO i Virgo, a w szczególności:

  • modelowaniem sygnałów wywołanych przez fale grawitacyjne ze zlewających się układów podwójnych czarnych dziur i gwiazd neutronowych,
  • opracowywaniem algorytmów numerycznych służących do wykrywania fal grawitacyjnych w szumie detektora,
  • udziałem w poszukiwaniu fal grawitacyjnych z rotujących gwiazd neutronowych,
  • modelowaniem populacji układów podwójnych gwiazd neutronowych i czarnych dziur,
  • astrofizyką źródeł fal grawitacyjnych,
  • poszukiwaniem koincydencji pomiędzy danymi z detektorów LIGO i Virgo a obserwacjami optycznymi,
  • identyfikacją okresowych zakłóceń pojawiających się w danych.

Grupa zajmuje się również rozbudową infrastruktury komputerowej dostarczającej mocy obliczeniowych niezbędnych do analizy danych. Poza tym bierze udział w dyżurach obserwacyjnych oraz wnosi wkład w budowę, utrzymanie i modernizację detektora Virgo.

www.polgraw.camk.edu.pl

 

 

Czego nie widać, czyli krótka historia polowania na fale grawitacyjne

Istnienie fal grawitacyjnych wynika z ogólnej teorii względności sformułowanej przez Alberta Einsteina w 1915 r. Fale grawitacyjne są zaburzeniami czasoprzestrzeni, powstającymi podczas gwałtownych procesów astrofizycznych, takich jak np. zlewający się układ podwójny gwiazd neutronowych bądź czarnych dziur lub eksplozja masywnej gwiazdy (su-pernowa).

Od czasu sformułowania ogólnej teorii względności przez Alberta Einsteina badacze poszukiwali dowodów potwierdzających istnienie fal grawitacyjnych. Ich bezpośrednia detekcja jest niezwykle trudna, gdyż spodziewane amplitudy fal grawitacyjnych docierających na Ziemię z kosmosu są niesłychanie małe.

Ogłoszona przez Josepha Webera w 1969 roku detekcja fal grawitacyjnych za pomocą detektorów rezonansowych została zakwestionowana, ponieważ wykrywane oscylacje były o wiele za silne jak na pochodzące od fal grawitacyjnych. Obecnie wiadomo, że wynikały one z niedostatecznej eliminacji „efektów tła”, czyli szumów nie mających nic wspólnego z falami grawitacyjnymi, pochodzących z otoczenia. Takim „fałszywym sygnałem” mogą być np. drgania, wytworzone przez przejeżdżającą w pobliżu układu pomiarowego ciężarówkę.

W roku 1974 odkryto pulsar podwójny i zaobserwowano, że jego okres orbitalny maleje w tempie zgodnym z hipotezą, iż przyczyną tego malenia jest wypromieniowywanie fal grawitacyjnych. Za to odkrycie dwaj badacze Russell Hulse i Joseph Taylor otrzymali w 1993 r. Nagrodę Nobla.

W marcu 2014 naukowcy z Harvard Smithsonian University Centre for Astrophysics ogłosili „odkrycie” pierwotnych fal grawitacyjnych za pomocą teleskopu BICEP. Zaobserwowali oni specyficzne cechy polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła, wyemitowanego przez materię we Wszechświecie 400 000 lat po Wielkim Wybuchu, które zinterpretowali jako wynik oddziaływania z falami grawitacyjnymi, obecnymi we Wszechświecie w epokach znacznie wcześniejszych. Niestety w roku 2015 wspólna analiza danych satelity PLANCK i teleskopu BICEP ujawniła, że domniemany sygnał fal grawitacyjnych z epoki tuż po Wielkim Wybuchu tak naprawdę został wytworzony przez... pył w naszej własnej Galaktyce. Poszukiwań śladów procesów z najwcześniejszych epok Wszechświata w polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła nie zarzucono, ale miarodajne wyniki przyniosą zapewne dopiero przyszłe misje kosmiczne.

W polowanie na fale grawitacyjne angażują się fizycy, astronomowie i matematycy z czołowych ośrodków badawczych na świecie. Od lat 60. XX wieku budowane są naziemne detektory fal grawitacyjnych. Kolejna generacja tych detektorów, wykorzystująca technikę interferometrii laserowej powstała w ramach międzynarodowych projektów badawczych LIGO, Virgo i GEO600. W analizę danych z tych urządzeń zaangażowane są liczne zespoły naukowców.

W Polsce teoretycznymi i praktycznymi aspektami analizy danych z detektorów fal grawitacyjnych zajmuje się zespół POLGRAW składający się z 15 naukowców z 7 instytutów w Polsce, którego lide-rem jest prof. Andrzej Królak. Jest to kontynuacja prac polskich fizyków Leopolda Infelda, Jerzego Plebańskiego i Andrzeja Trautmana dotyczących promieniowania grawitacyjnego w ogólnej teorii względności.

 

Stany pod rękę z Europą, czyli czym są LIGO i Virgo

Rejestracja fal grawitacyjnych wywołanych zderzeniem dwóch czarnych dziur jest efektem pracy ponad 1300-osobowego zespołu naukowców skupionych w LIGO Scientific Collaboration składający się z GEO Collaboration, Au-stralijskiego Konsorcjum Interferometrycznej Astronomii Grawitacyjnej (Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) oraz Virgo Collaboration, którego częścią jest polska grupa naukowa POLGRAW.

Powołanie Laserowego Obserwatorium Interferometrycznego Fal Grawitacyjnych – LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory) w celu wyśledzenia fal grawitacyjnych zostało zaproponowane w latach 80. XX wieku przez Rainera Weissa, emerytowanego profesora fizyki z MIT (Massachusetts Institute of Technology), Kipa Thorne’a, emerytowanego profesora fizyki teoretycznej z Caltech (California Institute of Technology) oraz emerytowanego profesora fizyki Ronalda Drevera, również z Caltech.

Finansowane przez National Science Foundation (NSF) obserwatoria LIGO (w Livingston w stanie Luizjana i Hanford w stanie Waszyngton w USA) zostały powołane do życia przez Caltech (Kalifornijski Instytut Technologiczny) i MIT (Instytut Technologiczny w Massachusetts). Udoskonalaniem działających w nich detektorów i analizowaniem danych zajmuje się ponad tysiąc naukowców z ponad 90 uniwersytetów w Stanach Zjednoczonych i 14 innych krajów. Wśród osób mających wkład w badania jest też około 250 studentów. Używana przez LSC sieć aparatury obejmuje interferometry LIGO i detektor GEO600.

W GEO Collaboration pracują naukowcy z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej Maxa Plancka (znanego też jako Instytut Alberta Einsteina – AEI), Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze, z Uniwersytetu w Glasgow, Uniwersytetu w Cardiff, Uniwersytetu w Birmingham oraz innych brytyjskich uniwersytetów, a także z Uniwersytetu Wysp Balearskich w Hiszpanii.

Program badawczy Virgo jest realizowany przez Virgo Collaboration, składający się z ponad 250 fizyków i inżynierów należących do 19 zespołów badawczych z Europy. Są oni związani z Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) we Francji, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) we Włoszech, Nikhef w Holandii. Częścią Virgo są także grupy Wigner RCP z Węgier i POLGRAW z Polski oraz Europejskie Obserwatorium Grawitacyjne EGO (European Gravitational Observatory), na którego terenie niedaleko Pizy we Włoszech znajduje się detektor Virgo.

Detektor Virgo powstał dzięki wizjonerskiemu pomysłowi Alaina Brilleta i Adalberta Giazotta. Został on zaprojektowany przy zastosowaniu innowacyjnych technologii umożliwiających rozszerzenie czułości detektora na niskie częstotliwości. Budowa rozpoczęła się w 1994 roku dzięki środkom pochodzącym z CNRS i INFN.

Od 2007 r. Virgo i LIGO wspólnie zajmują się analizą danych zebranych przez interferometry należące do międzynarodowej sieci badawczej. W trakcie prac nad unowocześnieniem detektorów LIGO, dane były rejestrowane przez Virgo do 2011 r. Później sytuacja się odwróciła – uruchomiono projekt Advanced Virgo, finansowany przez CNRS, INFN i Nikhef. Dzięki niemu nowy detektor zacznie działać jeszcze w tym roku.

Odkrycie fal grawitacyjnych w 2015 r. stało się możliwe dzięki unowocześnionej wersji detektora zwanej Advanced LIGO, która dysponuje instrumentami o znacznie większej czułości niż detektory pierwszej generacji, umożliwiając obserwacje znacznie większych obszarów kosmosu. Głównym sponsorem Advanced LIGO jest amerykański fundusz nauki National Science Foundation, znaczne środki pochodzą też od Max Planck Society z Niemiec, Science and Technology Facilities Council (STFC) z Wielkiej Brytanii i Australian Research Council z Australii. Wiele technologii, które w sposób kluczowy przyczyniły się do zwiększenia czułości Advanced LIGO zostało opracowanych przez niemiecko-brytyjski zespół GEO Collaboration. Niezbędne do badań zaplecze komputerowe zostało w dużej części zapewnione przez AEI Hannover Atlas Cluster, Laboratorium LIGO, Uniwersytet w Syracuse oraz Uniwersytet w Wisconsin-Milwaukee. Wiele ośrodków uniwersyteckich uczestniczyło w projektowaniu, tworzeniu i testowaniu kluczowych elementów Advanced LIGO. Są to Australijski Uniwersytet Narodowy, Uniwersytet w Adelajdzie, Uniwersytet Floridy, Uniwersytet Stanforda, Uniwersytet Columbia w Nowym Jorku i Uniwersytet Stanowy w Luizjanie.

www.ligo.org

www.virgo-gw.eu

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Artykuły powiązane