Gravitační vlny, které Albert Einstein předpověděl už v roce 1916, se staly realitou pro vědecké přístroje teprve před několika lety. Observatoře LIGO a Virgo zachytily tyto jemné „vlnky“ časoprostoru ve vysokých frekvencích, především při kolizích masivních černých děr. Na opačném konci spektra pak pulsarové sítě dokážou měřit extrémně nízké frekvence. Mezi nimi však zůstávalo rozsáhlé „hluché pásmo“ - oblast miliherzových vln, kterou dosud nikdo neuměl pozorovat.

A právě to se nyní mění.

Když se spojí optika a čas

Výzkumníci z britských univerzit v Birminghamu a Sussexu představili nový detektor, který využívá technologie známé z nejpřesnějších atomových hodin na světě. Klíčem jsou optické dutiny - tzv. rezonátory - schopné extrémně přesně měřit nepatrné změny v laserovém světle, které gravitační vlna při svém průchodu vyvolá.

Na rozdíl od obrovských zařízení, jakými jsou LIGO nebo Virgo, se tento nový detektor vejde na laboratorní stůl. Přesto nabízí pozoruhodnou citlivost a díky kompaktním rozměrům je méně náchylný k rušení způsobenému seismickými otřesy či gravitací blízkých objektů.

Zdroj: Shutterstock

Jak vysvětluje Dr. Vera Guarrera z University of Birmingham, „využíváme technologie, které se osvědčily při vývoji optických atomových hodin. Díky nim můžeme rozšířit možnosti detekce gravitačních vln do úplně nového frekvenčního pásma. A to s přístroji, které se dají snadno replikovat a propojit do celosvětové sítě.“

Tajemství skrytá ve „středním pásmu“

Proč je právě miliherzové pásmo tak důležité? V této oblasti se nacházejí signály, které by mohly pocházet nejen z binárních systémů bílých trpaslíků, ale i z kolizí středně hmotných černých děr - objektů, které jsou pro LIGO příliš „pomalé“ a pro pulsarové metody zase příliš „rychlé“.

Podle profesora Xaviera Calmeta ze Sussexu „nám tato technologie umožní nahlédnout do zcela nové kapitoly vývoje vesmíru - od formování galaxií až po pozůstatky z éry krátce po Velkém třesku“.

Mezi LIGO a LISA

Evropská vesmírná agentura ESA již několik let připravuje projekt LISA (Laser Interferometer Space Antenna), který má sledovat gravitační vlny právě v oblasti takzvaného středního pásma. Jde o frekvence, které leží mezi tím, co dnes umí pozemní detektory, a tím, co pozorují pulsarové sítě.
Start vesmírné observatoře se ale očekává nejdříve v polovině třicátých let, takže fyzici po celém světě hledají způsoby, jak tohle ticho prolomit dřív.

A právě nový stolní detektor by mohl být prvním krokem. Dokáže fungovat i v běžné laboratoři, a pokud se jich postaví víc, mohou se propojit do celosvětové sítě. V takovém uspořádání by přístroje mohly spolupracovat podobně jako družice GPS - porovnávat údaje, určit směr, odkud vlna přichází, a dokonce měřit i její polarizaci.
Vědci si od toho slibují, že poprvé uvidí jemné, doposud nezachycené struktury gravitačních vln, které nesou informace o dávných kosmických událostech.

Mikroskop pro samotný vesmír

Základní princip nového přístroje je přitom překvapivě jednoduchý - a právě v tom spočívá jeho genialita. Srdcem systému jsou dva optické rezonátory, umístěné kolmo na sebe, které spolu komunikují pomocí atomových hodin. Ty dokážou měřit změny v délce laserového paprsku s přesností na neuvěřitelný zlomek průměru atomu.

Když vesmírem projde gravitační vlna, jemně „roztáhne“ a zase „smrští“ samotný prostor, a tím naruší synchronizaci laserového světla. Přístroj tak nezaznamenává světlo ani zvuk, ale mikroskopické zkreslení časoprostoru - otisk samotné struktury reality.

Jeden z výzkumníků to trefně přirovnal k mikroskopu, který místo buněk zkoumá samotné vlnění vesmíru. Každý záznam je vlastně krátká stopa toho, jak se hmota a čas na zlomek vteřiny rozhýbaly.

Cesta k novému poznání

Velké observatoře jako LIGO či Virgo zachycují ty nejdramatičtější události - srážky černých děr nebo neutronových hvězd. Nový detektor však míří na opačný konec spektra: K tichým dějům, které se odehrávají pomalu a bez ohňostrojů. Mohlo by jít například o spirálové pohyby dvou bílých trpaslíků, pomalé prolínání středně hmotných černých děr nebo dokonce ozvěny samotného Velkého třesku.

Pokud se tyto přístroje osvědčí, otevřou astrofyzice úplně novou kapitolu. Místo obrovských a nákladných zařízení by výzkum mohl stát na síti kompaktních a přesných detektorů, které dohromady poskládají obraz o tom, jak vypadá tichá stránka vesmíru.