Undele gravitaţionale observate pentru prima oară

Prima detectarea directă a undelor gravitaţionale, de către cele două interferometre avansate LIGO din SUA, provenite de la fuziunea a două masive găuri negre la mai mult de un miliard de ani lumină de Pământ, a fost un fenomen media global, cu titluri pe prima pagină a ziarelor, în buletine de ştiri şi site-uri web.

O descoperire atât de importantă pentru teoria generală a relativităţii a lui Einstein nu poate fi despărţită de povestea umană despre cum au fost descoperite undele gravitaţionale, care se întinde departe peste spaţiu şi timp. Ea începe în urmă cu un secol (în 2015 lumea a marcat aniversarea a 100 de ani de la teoria relativităţii) când Einstein a prezis existenţa acestor mici valuri în ţesătura cosmosului – despre care el a crezut că erau imposibil de sesizat vreodată pentru a fi detectate – şi a continuat pe parcursul multor decenii de perseverenţă, ingeniozitate şi determinare pentru ca barierele tehnologice uriaşe pe care le presupune o astfel de măsurătoare incredibil de dificilă să fie depăşite una câte una.

Şi descoperirea – şi munca de cercetare care a făcut-o posibilă – se întinde pe tot globul: este rezultatul unei colaborări la nivel mondial care cuprinde mii de oameni de ştiinţă din sute de laboratoare şi instituţii cu sediul în zeci de ţări.

Teoria generală a relativităţii a însemnat pentru Einstein zece ani de muncă epuizantă, timp în care a divorţat, a trecut printr-un război mondial şi a supravieţuit unei boli aproape fatale. Colegul Max Born a numit-o atât o “mare operă de artă” cât şi “cea mai mare realizare a gândirii umane despre natură”.

Finalizată în 1915, ea este, în esenţă, teoria gravitaţiei lui Newton revizuită, şi prevede că obiectele masive – cum ar fi stele – deformează spaţiul şi timpul şi că mişcarea unui obiect în spaţiu-timpul deformat este supusă unei influenţe gravitaţionale.

În 1916 Einstein a adaptat teoria sa pentru a prezice existenţa undelor gravitaţionale. Astfel de unde – generate de stele binare sau alte obiecte masive în orbite apropiate – ar trebui să se onduleze de-a lungul spaţiu-timpul cu viteza luminii.

Cu toate acestea, nimeni nu a confirmat undele gravitaţionale – până în prezent.

Problema cu gravitaţia o reprezintă faptul că este extrem de slabă, cel puţin în raport cu celelalte “forţe” ale naturii. La aceasta se adaugă distanţa pe care undele gravitaţionale trebuie să o parcurgă din galaxiile îndepărtate până în vecinătatea noastră.

Cu toate acestea, problema a intrigat National Science Foundation (NSF) suficient pentru a investi mai mult de 500 milioane dolari – cel mai mare grant din istoria sa – în LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. S-au construit două detectoare LIGO – unul în Livingston, Louisiana, celălalt în Hanford, Washington. Timp de aproape un deceniu au fost prea puţin sensibile pentru a detecta ceva.

LIGO a primit fonduri pentru o actualizare, finalizată în 2015. Câteva luni mai târziu, la 14 septembrie 2015, căutările donquijoteşti ale NSF au dat roade. Cele două detectoare LIGO din America au observat, fiecare, un val gravitaţional extrem de rar cu o durată mai mică de un sfert de secundă. Echipa ştiinţifică LIGO, care implică sute de colaboratori, a rămas tăcută până ce verificările şi studiile au confirmat cu certitudine descoperirea. La 11 februarie 2016, datele au devenit publice.

Impulsurile gravitaţionale înregistrate sunt în concordanţă cu fuziunea a două găuri negre la aproximativ 1.3 miliarde de ani lumină distanţă de Pământ, o gaură neagră cu o masă de 36 de ori mai mare decât a Soarelui şi una mai mică, de 29 mase solare. Evoluând într-o orbită foarte strânsă astfel încât au ajuns în cele din urmă la aproximativ 75 de rotaţii pe secundă, găurile negre au radiat cantităţi enorme de energie gravitaţională când au fuzionat într-una singură.

“Descrierea a cea ce am observat este frumos descrisă în teoria lui Einstein a relativităţii generale formulată în urmă cu 100 de ani,” a spus profesor Rainer Weiss de la MIT, unul dintre primii care au propus LIGO.

“Aceasta este prima detectarea directă a undelor gravitaţionale şi prima observaţie a unei fuziuni a două găuri negre”, conchide lucrarea în care au fost anunţate descoperirile gemene.

În universul lui Einstein, spaţiul şi timpul nu mai sunt plane (cum a presupus Newton), ci pot fi împinse şi trase, alungite şi deformate de către materie. Simplu spus, spaţiul şi timpul acţionează asupra materiei prin ghidarea modului în care aceasta se mişcă iar materia reacţionează asupra spaţiu-timpului prin producerea curburii pe care noi o simţim sub forma gravitaţiei.