Past na gravitační vlny zachytila zvláštní signály. Mohou pocházet z počátků vesmíru

Astrofyzici pozorovali pomocí menšího detektoru gravitačních vln dva velmi zvláštní signály. Vědci si zatím nejsou jistí, co vlastně sledovali – určitě je to ale něco zcela exotického. V úvahu připadají například interakce temné hmoty s černými dírami, vibrace doby těsně po vzniku vesmíru či zcela nová fyzika. Autoři objevu jsou proto zatím v popisu velmi opatrní.

Objev gravitačních vln změnil fyziku. Předpověděl je sice už před sto lety Albert Einstein, ale poprvé je experti pozorovali až před pěti roky – trojice vědců za to dostala o rok později Nobelovu cenu za fyziku. Všichni tři byli později hosty Hyde Parku Civilizace:

 

Video Kip Thorne
video

Kip Thorne v Hyde Parku Civilizace

Kip Thorne v Hyde Parku Civilizace

Nositel Nobelovy ceny za fyziku Barry Barish hostem pořadu Hyde Park Civilizace

Hyde Park Civilizace: Rainer Weiss

Gravitace neboli přitažlivost se šíří ve vlnách – stejně jako světlo. Jen místo zářením se šíří chvěním: toto vlnění se netýká částic, nýbrž se vlní vlastní struktura prostoru. Až do roku 2016 pocházely veškeré vědecké informace o vesmíru jen z elektromagnetického vlnění, jakým jsou rádiové vlny, viditelné světlo nebo záření gama. Gravitační vlny na rozdíl od těchto zdrojů nepodléhají žádnému rušení a mohou proto přinést o okolním kosmu spoustu nových poznatků.

Gravitační vlny vznikají hlavně při srážkách superhmotných objektů, jako jsou černé díry a neutronové hvězdy – jsou to události tak silné, že otřásají samotným časoprostorem a vysílají vlny, které na Zemi umíme zachytit pomocí obrovských zařízení, jako je třeba detektor LIGO. Tyto vlny jsou obrovské, jejich vlnová délka se pohybuje ve stovkách až tisících kilometrů.

Už dlouho se ale vědci ptají, jestli by nebylo možné zachytávat i menší gravitační vlny, pokud tedy vůbec existují. Ty by mohly mít vlnovou délku třeba „jen“ od několika metrů do několika kilometrů. Proto vzniklo několik zařízení, která by něco takového měla umět zachytit. Jedno takové vytvořil tým australského fyzika Michaela Tobara.

Tobar toto zařízení přirovnává ke zvonku, který zvoní v určitém tónu. „Kdyby na něj dopadla gravitační vlna, rozezněla by ho,“ nastínil pro web Space.com. Tato past na gravitační vlny je chráněná sérií radiačních štítů, aby ji nerušilo záření.

Experiment potom trval asi půlrok. Během té doby zvonek zacinkal dvakrát, pokaždé na jednu až dvě sekundy, popsali vědci výsledky v odborném časopise Physical Review Letters.

Co to může být?

Objevit tyto vlny byla přes časovou náročnost ta nejjednodušší část výzkumu – mnohem těžší je najít logické vysvětlení, co to vlastně bylo. Jedním z možných vysvětlení jsou i omyly, jinými slovy případná chyba přístroje. Mohl například místo gravitačních vln detekovat nabité částice zvané kosmické záření proudící z vesmíru, uvažuje Tobar. Další možností by mohl být dosud neznámý typ tepelných výkyvů v krystalu, který je základem „pasti“, ty by ale měly být minimální.

Existuje však také řada exotických možností, třeba typ temné hmoty známý jako axion, který rotuje kolem černé díry a vydává při tom gravitační vlny, uvádí autoři ve studii. Další možná vysvětlení by dokonce mohla vyžadovat dosud neznámou fyziku, která stojí mimo takzvaný standardní model, jenž popisuje téměř všechny subatomární částice a síly ve vesmíru, uvedl Tobar.

Ozvěny z počátků vesmíru

Fascinující je i další možné vysvětlení, jemuž se autoři experimentu věnovali nejvíc – mohlo by se totiž jednat o signály z doby krátce po vzniku vesmíru. Moderní fyzika pracuje s tím, že krátce po Velkém třesku vesmír prošel sice velmi krátkým, ale nesmírně dynamickým obdobím zvaným inflace. Během něj se exponenciálně zvětšoval a prošel takzvaným fázovým posunem. To znamená, že změnil skupenství, podobně jako se voda při překročení teploty varu změní z kapalné na plynnou.

Některé modely předpokládají, že pokud se to stalo, mohlo se přitom uvolnit značné množství energie, která by jemně rozechvěla časoprostor – výsledkem by byly menší gravitační vlny podobně těm, které vědci nyní pozorovali.

Autoři experimentu ani další fyzikové zatím nemají dostatek důkazů pro kteroukoliv z možností; ideální by bylo vytvořit několik dalších podobných experimentů. Pokud by zaznamenaly stejnou událost, vyloučilo by to možnost poruchy nebo neznámého chování krystalů – a také by to poskytlo více dat pro detailnější analýzu.