Dziś, 20 lu­te­go br., w Pi­zie (Wło­chy) za­koń­czo­no pra­ce nad pro­jek­tem Advan­ced Vir­go. Zmo­der­ni­zo­wa­ny de­tek­tor, nad któ­rym pra­co­wa­li rów­nież Po­la­cy, przy­czy­ni się do osią­gnię­cia lep­szych wy­ni­ków w ba­da­niach fal gra­wi­ta­cyj­nych, naj­waż­niej­sze­go od­kry­cia fi­zy­ki XXI wie­ku.

W poniedziałek, 20 lutego br., w Europejskim Obserwatorium Grawitacyjnym (EGO, European Gravitational Observatory) w Pizie (Włochy) oficjalnie zakończono prace nad projektem Advanced Virgo. Trwającą ponad 5 lat przebudowę prowadziła naukowa kolaboracja Virgo (zawiązana przez naukowców z sześciu europejskich krajów, w tym z Polski). Prace modernizacyjne dotyczyły zmiany optyki urządzenia (cięższe i lepsze zwierciadła), unowocześnienia układów elektronicznych, a także wprowadzenia dodatkowego systemu izolacji sejsmicznej, buforów światła rozproszonego i lepszego systemu próżniowego. W ich wyniku ponad dziesięciokrotnie polepszono czułość zbudowanego w 1994 roku detektora (Virgo), co oznacza możliwość badania tysiąckrotnie większego obszaru Wszechświata niż dotychczas.

„Zakończenie rozbudowy projektu VIRGO to milowy krok w badaniach fal grawitacyjnych. Gdy unowocześnione urządzenie dołączy do amerykańskich detektorów będziemy mogli obserwować więcej sygnałów fal grawitacyjnych, co będzie potwierdzeniem naszych wcześniejszych rozważań teoretycznych” – tłumaczy prof. Andrzej Królak, z Instytutu Matematycznego PAN w Warszawie i Narodowego Centrum Badań Jądrowych, który jest liderem polskiej grupy naukowców POLGRAW uczestniczących w projekcie Advanced Virgo – „Mamy nadzieję, że nie tylko dokładniej określimy miejsca w kosmosie z których te sygnały pochodzą, ale również znajdziemy takie przypadki, które wywołane zostały przez rotujące gwiazdy neutronowe czy wybuchy supernowych”.

Advanced Virgo to ogromny interferometr laserowy, składający się z dwóch ramion o długości 3 kilometrów. Z niewyobrażalną precyzją (dochodzącą do tysięcznych średnicy protonu) sprawdza się w nim czy długość jednego sygnału laserowego zmienia się w stosunku do drugiego. Jeżeli obserwuje się taką różnicę (nawet wynoszącą zaledwie jedną miliardową jednej miliardowej metra) to jest to dowód na chwilowe odkształcenie czasoprzestrzeni, która może oznaczać odczyt fal grawitacyjnych. Kluczowe jest zatem aby umiejętnie wyizolować odczytywany sygnał od innych czynników. Właśnie takimi pracami zajmowało się polskie konsorcjum projektu Virgo, które również brało udział przy budowie komponentów układu próżniowego urządzenia.

Grupa POLGRAW zrzesza polskich naukowców zajmujących się badaniami fal grawitacyjnych. Należą do niej badacze z Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, a także Uniwersytetów: w Białymstoku, Mikołaja Kopernika w Toruniu, Jagiellońskiego, Warszawskiego, Wrocławskiego i Zielonogórskiego. Stworzyli oni podstawy wielu algorytmów i metod służących do wykrycia i estymacji parametrów fal grawitacyjnych z układów podwójnych (prof. Andrzej Królak, prof. Piotr Jaranowski), przyczynili się do precyzyjnego modelowania sygnału fali grawitacyjnej z układu podwójnego (prof. Piotr Jaranowski, prof. Andrzej Królak), przeprowadzili symulacje pokazujące, że układy podwójne czarnych dziur są najlepiej wykrywalnymi przez detektory LIGO-Virgo źródłami promieniowania grawitacyjnego (prof. Tomasz Bulik), badali astrofizyczne własności układów podwójnych (dr hab. Michał Bejger, dr Izabela Kowalska-Leszczyńska, dr hab. Dorota Rosińska) oraz poszukiwali mogących towarzyszyć zdarzeniu błysków optycznych (dr Adam Zadrożny).

Pierwszą bezpośrednią rejestrację sygnału fal grawitacyjnych na Ziemi zaobserwowano 14 września 2015 r. W wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur, o masie 29 mas Słońca i o masie 36 mas Słońca, powstała czarna dziura o masie 62 mas Słońca. Pozostałe 3 masy Słońca zostały wypromieniowane jako fale grawitacyjne. To przełomowe odkrycie było możliwe dzięki unowocześnionej wersji amerykańskiej instalacji Advanced LIGO, złożonej z dwóch detektorów oddalonych od siebie o 3 tys. km (jeden w Waszyngtonie, drugi w Luizjanie), które zarejestrowały niemal jednocześnie ten sam sygnał fal grawitacyjnych.

Na odkrycie fal grawitacyjnych ludzkość czekała ponad 100 lat. W 1916 roku Albert Einstein ogłosił ogólną teorię względności, której istotą było twierdzenie, że siła grawitacji wynika z zakrzywienia czasoprzestrzeni wywołanego przez zniekształcającą ją masę. Z obliczeń związanych z teorią Einsteina wynikało, że na samej czasoprzestrzeni pewne zjawiska mogą wywoływać fale grawitacyjne.