Simulare a fuzionării unor găuri negre, fenomen însoţit de emiterea de unde gravitaţionale

Nu, Lisa Pathfinder nu este numele unei fascinante cercetătoare care studiază teoria lui Einstein pentru a o „îmbunătăţi” sau modifica. Lisa Pathfinder este numele unei sonde spaţiale lansate pe 3 decembrie 2015 şi care va verifica tehnologia ce urmează să fie folosită în spaţiu pentru măsurarea undelor gravitaţionale prevăzute de teoria relativităţii generale a lui Einstein. Undele gravitaţionale până la ora actuală nu au fost măsurate, fiind în derulare mai multe proiecte de cercetare care au ca obiectiv identificare acestora.


Undele gravitaţionale reprezintă vibraţii ale structurii spaţio-temporale generate de obiecte masive aflate în mişcare accelerată. Existenţa acestor unde este o consecinţă a teoriei relativităţii generale a lui Einstein, teorie care ne arată cum materia spune spaţiului cum să se curbeze, iar spaţiul spune materiei cum să se mişte. Structura spaţio-temporală a Universului depinde deci de conţinutul de materiei şi de mişcarea acesteia.

Undele gravitaţionale pot fi generate de explozii de supernove sau de colapsul stelelor binare de neutroni una spre cealaltă. Ce se întâmplă în acest caz? Vibraţii ale spaţiului şi ale timpului se transmit în Univers şi se propagă în toate direcţiile, fiind resimţite ca vibraţii ale dimensiunilor. Ca şi cum am sări pe o saltea elastică – vibraţiile se transmit obiectelor din apropiere care le resimt mai mult sau mai puţin puternic, în funcţie de cât de îndepărtate sunt de sursă.

Măsurarea undelor gravitaţionale este extrem de dificilă, întrucât vibraţiile induse de explozia unei supernove asupra unui obiect cu lungimea, de exemplu de 3 metri, au o amplitudine mult mai mică decât dimensiunea unui atom. Din acest motiv cercetătorii încearcă să construiască aparate mari, care să fie capabile să identifice aceste tipuri de vibraţii spaţio-temporale. Este cazul antenelor gravitaţionale VIRGI şi LIGO (în Italia şi în America), care se bazează pe interferometre laser cu lungimea de câţiva kilometri şi care au capacitatea de a identifica explozii de supernove din galaxia noastră, dar şi din alte galaxii apropiate.

Pentru viitor însă se doreşte realizarea unei adevărate astronomii bazate pe undele gravitaţionale. La ora actuală ceea ce ştim despre Univers este datorat undelor electromagnetice (radio, optice, raze X sau gama). A avea posibilitatea de a observa Universul cu alţi ochi, adică cu ajutorul undele gravitaţionale, ar fi extrem de interesant, întrucât am putea vedea detalii invizibile cu radiaţia electromagnetică.

Este acesta unul dintre motivele pentru care cercetători din diverse ţări plănuiesc lansarea în spaţiu a unei antene gravitaţionale cu baza de milioane de kilometri. Este vorba despre e-Lisa, un interferometru care, dacă totul merge bine, va fi lansat în anul 2034.

Pentru a verifica însă tehnologia care urmează să fie folosită în e-LISA cercetătorii au construit şi lansat în spaţiu un prototip, LISA Pathfinder, cu ajutorul căruia se urmăreşte verificarea tehnologiilor care să ne permită măsurarea deplasărilor de ordinul a miliarda parte dintr-un metru (nanometru).

LISA Pathfinder a fost lansată cu succes în spaţiu pe 3 decembrie 2015, din Guyana franceză, cu ajutorul unui lansator Vega. La ora actuală se afla într-o orbită eliptică în jurul Terrei, cu distanţa minimă faţă de Pământ de 200 km, iar cea maximă de 1.540 km. În următoarele luni vor fi utilizate motoarele cu care este dotată sonda pentru a o duce şi poziţiona în orbita finală, pe 14 februarie 2016, orbită situată la circa 1,5 milioane de kilometri faţă de Terra, în jurul primului punct Lagrange, unde este o situaţie de echilibru gravitaţional între Pământ şi Soare.

La bordul sondei se afla un instrument numit LISA Technology Package, care are scopul de a demonstra că două cuburi de aur şi platină sunt în cădere liberă şi că precizia cu care se reuşeşte măsurarea acestei căderi cu ajutorul unui laser este cea dorită pentru viitoarea măsurătoare prevăzută în e-LISA.

La 100 de ani de la articolul lui Einstein dedicat teoriei relativităţii generale vânătoarea undelor gravitaţionale continuă. Dintre toate previziunile teoriei aceasta este cea care până astăzi nu a fost demonstrată experimental.

Undele gravitaţionale, pulsaţii spaţio-temporale, ne vor ajuta să studiem Universul, istoria şi evoluţia acestuia, şi să descoperim poate noi fenomene care să ne ghideze spre teoria gravitaţiei cuantice – cea care ar explica misterul ce se ascunde în interiorul găurilor negre. Inima Universului bate pe ritmul undelor gravitaţionale.