Laureatami Nagrody Nobla 2017 z fizyki zostali Rainer Weiss, Barry C. Barish oraz Kip S. Thorne za wkład w odkrycie fal grawitacyjnych. Uhonorowani naukowcy są związani z detektorami LIGO, dzięki którym możliwa była rejestracja zmarszczek czasoprzestrzeni.
Po raz pierwszy fale grawitacyjne udało się zarejestrować we wrześniu 2015 roku, jednak informację podano dopiero po dogłębnej analizie danych – w lutym 2016. Potężny wstrząs wówczas zarejestrowany miał miejsce 1,3 mld lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego. Kolejne wykrycie fal nastąpiło w grudniu 2015 roku. Trzecia detekcja nastąpiła 4 stycznia 2017 r., a o czwartej usłyszeliśmy kilka dni temu.
Fale grawitacyjne, nazywane popularnie zmarszczkami czasoprzestrzeni, to jedno z przewidywań ogólnej teorii względności Einsteina, chociaż w różny sposób zastanawiano się nad nimi także nieco wcześniej. Fale grawitacyjne unoszą energię i mogą być emitowane przez obiekty, które poruszają się z przyspieszeniem. Aby dało się je wykryć, ciało musi mieć bardzo duże przyspieszenie i bardzo dużą masę, np. mogą to być układy podwójne zawierające gwiazdy neutronowe lub czarne dziury.
Wszystkie zaobserwowane fale grawitacyjne pochodziły z kolizji dwóch czarnych dziur. Astronomowie nazywają takie zjawisko „mergerem”. Energia w falach grawitacyjnych wyzwolona w trakcie złączenia się czarnych dziur przewyższała całe promieniowanie elektromagnetyczne od wszystkich gwiazd i galaktyk emitowane w tym ułamku sekundy.
Pierwsze trzy obserwacje fal grawitacyjnych dokonano dzięki dwóm detektorom LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) znajdującym się w Stanach Zjednoczonych. W czwartej obserwacji brał udział także znajdujący się we Włoszech detektor Advanced VIRGO, w których uczestniczy także polska grupa uczonych PolGraw skupiająca naukowców z ośmiu jednostek badawczych.
Polskie instytuty biorące udział w badaniach to Instytut Matematyczny PAN, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Instytut Astronomii Uniwersytetu Zielonogórskiego, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PA, Uniwersytet w Białymstoku, Centrum Astronomii UMK, Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Wrocławskiego, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego.
fot. Twitter/Nobelprize
W projekt LIGO-VIRGO, dzięki któremu była możliwa detekcja fal grawitacyjnych zaangażowanych jest tysiące naukowców z całego świata, jednak komitet noblowski mógł wskazać jedynie trzech. Pierwszy z uhonorowanych, do którego powędruje połowa z 9 milionów koron, to Rainer Weiss - emerytowany profesor Massachusetts Institute of Technology. To on stoi za techniką zastosowaną w LIGO. Drugą połową nagrody podzielą się Barry Clark Barish, profesor z California Institute of Technology uznawany za jednego z wiodących ekspertów w dziedzinie fal grawitacyjnych oraz Kip S. Thorne, fizyk teoretyczny również związany z California Institute of Technology. Wszyscy trzej naukowcy byli jednymi z pomysłodawców projektu LIGO.
Projekt LIGO zaczął obserwacje w 2002 roku i potrwały one do 2010 r. Nie wykryto wtedy fal grawitacyjnych. W kolejnych latach dokonano modernizacji w celu zwiększenia możliwości detekcyjnych obserwatorium i ulepszone detektory zaczęły obserwacje w 2015 r. W Stanach Zjednoczonych powstały dwa obserwatoria LIGO, w Hanford i Livingston.
Laboratorium międzynarodowego eksperymentu VIRGO znajduje się w okolicach Pizy we Włoszech. W tunelach dwóch prostopadłych ramion o długości ok. 3 km porusza się światło laserowe wielokrotnie odbijając się na ich końcach. Naukowcy starają się zarejestrować nawet najmniejsze względne zmiany długości dróg, które przebywa światło w każdym z tuneli. Obserwacja jest możliwa dzięki zjawisku interferencji przy nałożeniu dwóch promieni światła. Obserwacje zaburzeń obrazu interferencyjnego pozwalają wykryć fale grawitacyjne docierające do Ziemi, gdyż fala grawitacyjna inaczej modyfikuje długość każdego z ramion. W identyczny sposób działają dwa amerykańskie detektory LIGO. Mierząc różnice czasu pomiędzy odczytami wszystkich trzech detektorów można ustalić kierunek, z którego dochodzi zarejestrowana fala.
Wczoraj przyznano Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young zostali nagrodzeniu za wyjaśnienie mechanizmów kontrolujących rytm dobowy. Czwartego października poznamy laureata Nagrody Nobla z chemii, a piątego z literatury. Pokojowa Nagroda Nobla zostanie przyzna szóstego października, a 9 ogłoszone zostanie nazwisko zwycięzcy z dziedziny ekonomii.
Źródło: nobelprize.org, fot. NASA
