Lekka bryza fal grawitacyjnych wypełnia cały Wszechświat

Fale grawitacyjne wykrywalne przez detektory takie jak LIGO są sygnałem ostatnich momentów przed połączeniem się dwóch masywnych obiektów (na przykład czarnych dziur). Przez większość swojej podróży przez przestrzeń kosmiczną takie układy będą jednak wysyłać fale grawitacyjne o dużo mniejszej częstotliwości, niewykrywalnej przez ziemskie obserwatoria.

Warto zatrzymać się nad tą informacją: KAŻDY masywny układ składający się z więcej niż jednego elementu emituje fale grawitacyjne. Pomyślmy teraz o miliardach gwiazd w naszej galaktyce albo o miliardach galaktyk we Wszechświecie: wszelkie wirujące w nim pary będą je wysyłały. Połączone sygnały powinny dawać efekt kosmicznego tła fal grawitacyjnych, nieustannej delikatnej wibracji czasoprzestrzeni.

Mówiąc ściślej, jeśli ogólna teoria względności Einsteina jest poprawna, ten grawitacyjny szum MUSI istnieć. Tylko jak go wykryć, gdy częstotliwość jest na poziomie jednego pulsu na kilka miesięcy lub lat? Z pomocą przyszły pulsary, wymarłe gwiazdy składające się głównie z neutronów, o ogromnych gęstościach.

Gwiazdy neutronowe wirując wokół własnej osi, niczym latarnie morskie wysyłają radiowe pulsy. Czasem tak cyklicznie, że można ich używać jako kosmicznych zegarów. Astronomowie dobrze wiedzą, że każdy regularny sygnał jest potężnym źródłem informacji – szczególnie, gdy przestaje być regularny. Właśnie przez odkrycie tego rodzaju zaburzeń Aleksander Wolszczan i Dale Frail byli w stanie znaleźć pierwszą planetę pozasłoneczną.

Poszukiwaniom grawitacyjnego szumu poświęciła się NANOGrav, czyli North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves – organizacja zrzeszająca ponad 190 naukowców z USA i Kanady. Wyniki przedstawiła właśnie w serii publikacji ogłoszonych na łamach „The Astrophysical Journal Letters” (choć zaznaczmy, że również europejskie, indyjskie i chińskie sieci monitorowania pulsarów usłyszały grawitacyjny szum).

Dzięki żmudnemu 15-letniemu monitorowaniu pulsarów, naukowcy z NANOGrav wykazali, że Wszechświat jest nieustannie przenikany przez subtelne grawitacyjne fale, niektóre o częstotliwości rzędu kilku lat. Możemy więc odtąd myśleć o Wszechświecie jako o ogromnym oceanie, po którym rozchodzą się fale, delikatnie poruszając latarnie-pulsary. Dokładne źródło grawitacyjnych fal nie jest jeszcze znane – jednym z głównych kandydatów są supermasywne czarne dziury, zbliżające się do siebie w wyniku kolizji galaktyk.

Znaczenie tych badań nie polega jednak na dokładnym opisie procesu powstawania fal. Spektakularne jest już samo ich odkrycie. Nie tylko potwierdza ono teorię względności, lecz także otwiera nowy rozdział astronomii – źródło informacji o Wszechświecie oraz jego początkach.