To odkrycie zmieni astronomię. Zapytaliśmy eksperta, co dla świata nauki oznacza fotografia źródła fal grawitacyjnych

Artykuł/Nauka 19.10.2017
To odkrycie zmieni astronomię. Zapytaliśmy eksperta, co dla świata nauki oznacza fotografia źródła fal grawitacyjnych

To odkrycie zmieni astronomię. Zapytaliśmy eksperta, co dla świata nauki oznacza fotografia źródła fal grawitacyjnych

Naukowcom z ESO po raz pierwszy w historii udało się sfotografować źródło fal grawitacyjnych. Odkrycie to zostało okrzyknięte nowym rozdziałem w astronomii – postanowiłem dowiedzieć się dlaczego jest ono tak ważne.


Odkrycie ESO można nieco żartobliwie nazwać najcenniejszym odkryciem naukowym wszechczasów. Uwagę na to zwrócił prof. Krzysztof Belczyński, który zauważył, że podczas zaobserwowanego przez nas zderzenia dwóch gwiazd neutronowych powstało dużo więcej złota i platyny niż na całej Ziemi. Konkretniej: ilość odpowiadająca około 30 masom Ziemi w przypadku złota i około 80 masom Ziemi w przypadku platyny.

Dlaczego sfotografowanie kolizji dwóch gwiazd neutronowych jest takie ważne dla nauki?

Ale żarty na bok. O naukowych korzyściach płynących z najnowszego odkrycia ESO udało mi się porozmawiać z Krzysztofem Czartem, członkiem Zarządu Polskiego Towarzystwa Astronomicznego oraz redaktorem pisma Urania – Postępy Astronomii.

fale grawitacyjne gwiazdy neutronowe co to

Krzysztof Czart, ESO, Polskie Towarzystwo Astronomiczne, Magazyn Urania – Postępy Astronomii. Źródło: ESO

Tomek Domański, Spider’s Web: Czy odkrycie ESO to rzeczywiście nowy rozdział w astronomii?

Krzysztof Czart, Polskie Towarzystwo Astronomiczne: Tak. To odkrycie zmieni astronomię, a także fizykę, na parę sposobów. Pierwsza rzecz – jednoczesna obserwacja z tego samego źródła zarówno fal grawitacyjnych, jak i fal elektromagnetycznych (światła) jest takim prawdziwym potwierdzeniem, że fale grawitacyjne rzeczywiście są realne.

Jeśli ktoś miał do tej pory wątpliwości, to uzyskał teraz dowód dający prawie 100 proc. pewność, że to co wykrywają detektory LIGO, to faktycznie fale grawitacyjne.

To na prawdę aż takie ważne?

Zdecydowanie. Naukowcy pokazali, że mają możliwość otrzymywania informacji o pewnych źródłach, czy zjawiskach, na dwa sposoby jednocześnie. Bo fale grawitacyjne to coś zupełnie innego niż fale elektromagnetyczne.

Domyślam się, że ta obserwacja jest również niezwykle cenna dla astrofizyki teoretycznej?

Jak najbardziej. Obserwacje przeprowadzone przez ESO narzucą bardzo mocne ograniczenia na modele teoretyczne, czy symulacje numeryczne. Można więc oczekiwać, że wiedza o czarnych dziurach, gwiazdach neutronowych oraz innych ekstremalnych obiektach i zjawiskach mocno posunie się do przodu w najbliższym czasie.

Dowód na istnienie fal grawitacyjnych, nowe modele teoretyczne, coś jeszcze?

Tak, jest jeszcze jedna sprawa. Pomiar z tego zdarzenia pozwolił na niezależne od obecnie stosowanych metod wyznaczenie bardzo ważnego dla astronomii i kosmologii parametru zwanego stałą Hubble’a, która opisuje tempo rozszerzania się Wszechświata.

Na razie jest to wyznaczenie z dużym błędem (dużo większym niż metody oparte na obserwacjach prowadzonych na falach elektromagnetycznych), ale gdy w przyszłości będzie więcej detekcji fal grawitacyjnych i z lepszą czułością, niepewność wyznaczania tym sposobem stałej Hubble’a zapewne znacznie się zmniejszy.

Na koniec jeszcze trochę pofantazjujmy. Czy odkrycie ESO ma jakieś zastosowanie komercyjne?

To wszystko nie daje natychmiastowego praktycznego przełożenia na nasze życie codzienne. Do ewentualnego komercyjnego zastosowania fal grawitacyjnych, czy wiedzy o nich, droga jest jeszcze daleka. Dopiero zaczęliśmy się nimi interesować.

Pamiętajmy, że stosowana obecnie przez prawie wszystkich nawigacja GPS nie byłaby możliwa bez teorii Einsteina stworzonej 100 lat temu. Być może za 5 lat, może za 25, a może jeszcze później, przełoży się to na coś, bez czego pewnie nie będziemy w przyszłości wyobrażali sobie codziennego funkcjonowania.

Odkrycie ESO to również nowy rozdział, jeśli chodzi o obserwacje kosmosu.

fale grawitacyjne gwiazdy neutronowe co to
Zdjęcie z instrumentu VIMOS na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile pokazuje galaktykę NGC 4993, położoną około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. Sama galaktyka nie jest w żadem sposób nietypowa, ale zawiera coś, czego nigdy wcześniej nie widziano: pozostałość po wybuchu od zlania się ze sobą pary gwiazd neutronowych – rzadkie zdarzenie nazywane kilonową (wskazane na zdjęciu strzałką). Zderzenie gwiazd neutronowych wytworzyło także fale grawitacyjne i promieniowanie gamma, które zostały wykryte odpowiednio przez obserwatoria LIGO–Virgo i Fermi/INTEGRAL. Źródło: ESO

Dzięki detektorowi fal grawitacyjnych LIGO, naukowcy z Europejskiego Obserwatorium Południowego byli w stanie błyskawicznie wycelować swoje teleskopy w odpowiedni obszar na naszym niebie. Dzięki tej współpracy udało nam się po raz pierwszy w historii zaobserwować transformację dwóch gwiazd neutronowych w czarną dziurę. Mój rozmówca nie podkreślił tego dostatecznie dobitnie moim zdaniem, gdyż dla niego to oczywista oczywistość.

— Gwiazdy neutronowe to obiekty o właściwościach wypośrodkowanych idealnie pomiędzy zwykłymi gwiazdami i czarnymi dziurami. W wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, narodzi się czarna dziura. – mówi prof. Andreas Freise z Uniwersytetu Birmingham, biorący udział w projekcie LIGO.


Czy tak stało się w wyniku zaobserwowanego przez ESO zderzenia? Najlepsza odpowiedź, jaką na dzień dzisiejszy mogą udzielić nam naukowcy brzmi: chyba tak. Pamiętajcie, że czarne dziury to obiekty, którym nadal nie potrafimy przyjrzeć się bezpośrednio. Spowodowane jest to ich ogromną masą, która przyciąga do siebie nawet światło, przez co zobaczenie ich jest niemożliwe. Przynajmniej na razie.

Ciekawostką jest też, że łączna masa tych dwóch gwiazd neutronowych, których kolizję zaobserwowały teleskopy ESO jest ok. dwukrotnie większa od masy naszego Słońca. Dodajmy też, że średnica w przypadku obu tych obiektów nie przekraczała 30 km.

fale grawitacyjne gwiazdy neutronowe co to
Galaktyka NGC 4993 w gwiazdozbiorze Hydry. Źródło: ESO

W skrócie: gdybyśmy chcieli zmieścić całą ludzkość na tak gęstym obiekcie (złożonym w całości z neutronów), zajęłaby ona mniej więcej tyle, co jedna łyżeczka cukru. Bardzo, bardzo ciężkiego cukru.

Kampania obserwacyjna typu “target of opportunity” po raz pierwszy pozwoliła przyjrzeć się nam (potencjalnym) narodzinom jednego z najbardziej tajemniczych obiektów we wszechświecie. Teraz, kiedy wiemy już na co zwracać uwagę, będziemy mogli reagować na takie zdarzenia o wiele szybciej.

Prędzej, czy później zaczniemy też wykorzystywać fale grawitacyjne do innych celów, niż polowanie na czarne dziury.

Dołącz do dyskusji