Odkrycie fal grawitacyjnych. Prof. Piotr Jaranowski z UwB jednym z naukowców, którzy odkryli fale

Jest Pan jednym z naukowców, którzy brali udział w odkryciu fal grawitacyjnych. Wszyscy mówią o wielkim naukowym przełomie. Czym właściwie są fale grawitacyjne?

Prof. Piotr Jaranowski, kierownik Zakładu Astronomii i Astrofizyki na Wydziale Fizyki UwB: Fale grawitacyjne są jedną z konsekwencji ogólnej teorii względności Einsteina, której stulecie świętowaliśmy w ubiegłym roku. Ta teoria powiada, że grawitacja może być rozumiana nie jako siła, tylko jako krzywizna czasoprzestrzeni. Podam prostą analogię. Czasoprzestrzeń można sobie wyobrazić jako naprężoną gumową membranę, czyli płachtę gumy rozpiętą na jakimś powiedzmy prostokątnym rusztowaniu. Wyobraźmy sobie metalową kulę, która reprezentuje gwiazdę i połóżmy ją na membranie, wówczas w miejscu gdzie znajdzie się kula membrana ulegnie odkształceniu, zakrzywi się. Właśnie tak się dzieje według Einsteina w naszym rzeczywistym świecie. Masy zakrzywiają czasoprzestrzeń. Teraz proszę sobie wyobrazić, że wezmę drugą kulę i położę ją, nieco obok tej pierwszej. Deformacja membrany troszkę się zmieni, będzie większa. Zacznijmy teraz obracać te kule (wciąż leżące na membranie) wokół jakiegoś punktu znajdującego się między nimi (punkt ten to środek masy układu). Pojawią się zaburzenia membrany, które będą rozchodziły się na zewnątrz. Te zaburzenia to fale grawitacyjne, które można nazwać zmarszczkami w krzywiźnie czasoprzestrzeni. Poruszają się one z prędkością światła.

O tym, że mogą istnieć fale grawitacyjne wspominał już Albert Einstein. Czy teraz zostały odkryte?

Tak. Prowadzono usilne poszukiwania, by je wykryć. Dotąd istniały jedynie pośrednie dowody, chociaż bardzo przekonujące, które już zostały nagrodzone Nagrodą Nobla. To, co się zdarzyło w ostatnich dniach, to bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych. Tutaj przymiotnik bezpośredni jest kluczowy. Oznacza on, że zarejestrowano te fale za pomocą urządzeń, które zostały zbudowane na Ziemi.

Co to za urządzenia?

Te urządzenia to tak zwane interferometry laserowe. Zbudowano dwa takie urządzenia w Stanach Zjednoczonych w ramach projektu LIGO, przy którym współpracował międzynarodowy zespół. Inny taki detektor powstał w Europie w ramach projektu Virgo. W tych detektorach za pomocą interferencji światła laserowego bada się fale grawitacyjne.

Co dla nas oznacza okrycie fal grawitacyjnych?

W nauce jest to absolutny przełom. Otwiera nowe okno na wszechświat. To narodziny nowej dyscypliny astronomicznej, która już jest powszechnie nazywana astronomią fal grawitacyjnych. Do tej pory praktycznie jedynym źródłem wiedzy o wszechświecie było promieniowanie elektromagnetyczne docierające od obiektów kosmicznych, np. promieniowanie świetlne, promieniowanie gamma, rentgenowskie. Natomiast fale grawitacyjne są zupełnie innym rodzajem fali. Wytwarzane są nie przez drgania atomów, a ruchy dużych mas, całych gwiazd.

Jak to się stało, że uczestniczył Pan Profesor w projekcie dotyczącym fal grawitacyjnych?

Historia jest długa, związana z moim doktoratem, który napisałem ponad 20 lat temu pod opieką prof. Andrzeja Królaka z Instytutu Matematycznego PAN w Warszawie. Jest on aktualnie liderem grupy skupiającej polskich naukowców, która zajmuje się badaniem fal grawitacyjnych. Grupa nazywa się POLGRAW i jest częścią projektu Virgo. W swojej pracy doktorskiej zająłem się metodami wykrywania fal grawitacyjnych pochodzących ze zlewającego się układu dwóch ciał. Odkrycie takiego właśnie układu ogłoszono w czwartek. W odkryciu tym brali udział polscy naukowcy należący do grupy POLGRAW.

Na czym polegało Pana zadanie?

Wspólnie z prof. Królakiem opracowałem metody statystyczne i algorytmy, za pomocą których można wykrywać słaby sygnał fali grawitacyjnej zanurzony w szumie detektora. Fale grawitacyjne docierające do detektora są na ogół bardzo słabe i dlatego konieczne są specjalne algorytmy, za pomocą których analizuje się dane gromadzone przez detektor.