Da li su gravitacioni talasi otkriće našeg doba i zašto se u njima krije – pečat samog početka postojanja?
Tekst: Nevena Grubač, Slobodan Bubnjević
Naučna zajednica je sredinom marta uzdrmana jednom zaista senzacionalnom vešću: prvi put je zabeležen dokaz naglog širenja svemira koje se desilo tek delić trenutka nakon Velikog praska. Ovim otkrićem, uz pomoć radio-teleskopa BICEP, verovatno je potvrđena takozvana teorija inflacije Alana Guta. Ali to nije sve. Do potvrde se došlo zahvaljujući uspehu lova na prve gravitacione talase, što samo za sebe predstavlja prvorazredan naučni događaj.
Naime, gravitacioni talasi su predviđeni Ajnštajnovom Opštom teorijom relativnosti i bez sumnje su jedan od onih kosmičkih fenomena čiji lov podseća na potragu za belim tigrovima. Gravitacioni talasi bi, po Ajnštajnu, trebalo da nastaju uvek kada neko masivno telo ubrzava u tkanju prostor-vremena, isto kao što prilikom ubrzanja naelektrisane čestice svako malo nastaju elektromagnetni talasi (svetlost, radio-talasi i sl.), što inače uočavamo sa lakoćom svuda oko nas.
Razvoj astronomije je doprineo da se i gravitacioni talasi nekako uoče. Naime, astronomi su potvrdili da zaista nastaju onako kako je Ajnštajn predložio, tako što su, u jednom čuvenom istraživanju, indirektno snimili gravitacione talase koji se šire dok dve masivne zvezde kruže jedna oko druge (Huls Tejlor binarni sistem), za šta je 1993. dodeljena Nobelova nagrada.
Kakve veze to ipak ima sa Velikim praskom? Ako gravitacioni talasi uvek nastaju na ovaj način, onda su se po teoriji inflacije nekakvi gravitacioni talasi morali pojaviti i onda kad ubrzano telo nije kakva masivna zvezda, već sam univerzum, odnosno u onom izuzetno kratkom periodu dok se po teoriji svemir ubrzano širio.
Ova teorija američkog fizičara Alana Guta i, uporedo, ruskog fizičara Alekseja Starobinskog, objasnila je još početkom osamdesetih godina 20. veka pitanje temperaturnih fluktuacija predlažući hrabru, ali u tom trenutku neproverljivu ideju – kako svemir nije mogao ujednačeno da se širi od samog početka pa nadalje, već da se u prvim delićima sekunde širio mnogo brzo, da se povećao za dvadeset redova veličine, a da je potom nastavio da se širi malo umerenije.
No, nije bilo nikakvog načina da saznamo šta se tako davno, pre 13,7 milijardi godina, i to u tako kratkom intervalu, zaista dogodilo. A onda je došlo do novog prodora – „forenzičari“ svemira su pronašli jasan trag gravitacionog talasa koji je nastao „na mestu zločina“.
TRAG U KOSMIČKOM ZRAČENJU
Kako uopšte uloviti neki gravitacioni talas koji je, pretpostavimo li, nastao tako davno, kao posledica primordijalnog širenja univerzuma?
Prva stvar koja olakšpava potragu je okolnost da su ovakvi talasi morali nastaviti da putuju mnogo, mnogo nakon što se inflacija završila, a svemir nastavio sa evolucijom. Recimo do 380.000 godina nakon Velikog praska, do trenutka kad je „nastala“ prva svetlost, to jest do trenutka kad su se „oslobodili“ prvi fotoni čije prostiranje po sličnoj logici vidimo i danas.
Svedok ovih vremena je u nauci poznat još od 1964. godine, kad je snimljeno takozvano mikrotalasno pozadinsko kosmičko zračenje. Ono predstavlja tihi odjek uslova koji su vladali tokom drevnih vremena našeg univerzuma, koji možemo sa lakoćom da snimimo i danas. I za koji se može očekivati da nosi neki trag „pradrevnih“ gravitacionih talasa.
Kosmičko zračenje inače dolazi iz svih delova vasione podjednako raspoređeno. Ipak, ukoliko posmatramo nebo optičkim teleskopima, prostor između zvezda i galasija i dalje će nam delovati crno i neprozirno. Ukoliko želimo da detektujemo šapat Velikog praska, moramo se služiti radio teleskopima i tada vidimo upravo nju – kosmičku mikrotalasnu pozadinu koju naučnici poslednjih decenija neprekidno proučavaju.
No, u kakvoj je vezi ovo drevno zračenje sa bitno starijim gravitacionim talasom koji je Univerzum ispustio kad se prvi put naglo uvećao? Zgodna okolnost je da se kosmička mikrotalasna pozadina može polarizovati, isto kao i svetlost ili bilo koje drugo elektromagnetno zračenje. Na primer, na Zemlji se Sunčeva svetlost rasipa kroz atmosferu i polarizuje.
Ako je tačna Gutova teorija, onda se pre 380.000 godina ovo zračenje moglo na sličan način rasipati i uz to polarizovati na gravitacionom talasu koji je nastao u prvim delićima širenja. I onda je u njemu mogao ostati nekakav bledi trag te polarizacije (kosmolozi bi je nazvali B polarizacijom), odnosno pečat samog početka postojanja.
LOV NA GRAVITACIONI TALAS
Ispostavilo se da on postoji, da nije uopšte neuhvatljiv i da su ga ljudi ovog marta – snimili. Astronomi sa Harvard-Smitsonijan centra za astrofiziku, lovili su B polarizaciju, koja bi predstavljala zakrivljene šablone u polarizaciji drevne svetlosti ranog univerzuma (na slici gore).
U tome su i uspeli, i 17. marta su objavili svoje otkriće na portalu ArXivs. Do ovog rezultata su došli iz pomoć radio instrumenta BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization). To je radio teleskop stacioniran na Južnom polu, koji se sastoji od 98 osetljivih detektora (na slici dole).
Podaci koje je sakupio dali su prvi dokaz o postojanju gravitacionih talasa nastalih tokom inflacije, a samim tim i zapis prvih podrhtavanja nakon Velikog praska. Na snimcima se jasno videlo da polarizacija mikrotalasnog zračenja ne prati očekivani šablon i da se ono nije polarizovalo na nečemu drugom, već da je do polarizacije došlo na gravitacionim talasima. Istraživači sa BICEP teleskopa su tri godine proveravali ovaj rezultat kako bi eliminisali sve druge opcije.
Sada kad je objavljeno, biće neophodno da se merenje potvrdi u još jednom nezavisnom eksperimentu. No, jasno je da smo blizu novog, velikog saznanja i potvrde teorije inflacije koja priča izuzetno detaljnu priču o najranijem Univerzumu. S obzirom na to da je uzgred ulovljen i jedan tako „drevan“ gravitacioni talas, kockice se sada sklapaju ne samo povodom Velikog praska, već i iza pouzdanog, ali misteriznog lica gravitacije.
Gravitacija je, pored elektromagnetne, jake i slabe nuklearne, jedna od četiri osnovne sile koje vladaju u fizičkom svetu čiji smo i mi deo. Mada njeno delovanje možemo neposredno osetiti, tek od ovog proleća, konačno možemo reći da se otvaraju vrata ne samo za razumevanje Velikog praska, nego i za jedan novi početak razumevanja same gravitacije.
