VIRGO - detektor fal grawitacyjnychWe Wszechświecie istnieją obiekty wciąż mało poznane, takie jak czarne dziury czy też gwiazdy neutronowe. Ciasne układy podwójne, które zawierają te obiekty, to najsilniejsze astrofizyczne źródła fal grawitacyjnych. Już za kilka lat pionierskie detektory fal grawitacyjnych drugiej generacji Virgo i Ligo dostarczą nam informacje o Wszechświecie często niemożliwe do otrzymania w żaden inny sposób.
W tych unikatowych eksperymentach pracuje na świecie około 700 uczonych. Jednym z kilkunastu zaangażowanych tu Polaków jest dr hab. Dorota Rosińska.
„Po raz pierwszy technologia pozwala na zbudowanie niezwykle czułych detektorów fal grawitacyjnych, za pomocą których już za kilka lat będziemy mogli zweryfikować przewidywania ogólnej teorii względności Einsteina i obserwować Wszechświat. Być może zobaczymy obiekty, z których istnienia w ogóle nie zdawaliśmy sobie sprawy” – mówi dr hab. Dorota Rosińska z
Instytutu Astronomii Uniwersytetu Zielonogórskiego.
Bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych jest jednym z podstawowych wyzwań współczesnej astrofizyki. Do tej pory istnienie fal grawitacyjnych zostało potwierdzone jedynie pośrednio, za co w 1993 r. Russel Hulse i Joseph Taylor otrzymali Nagrodę Nobla.
„Z teorii wiemy, że najsilniejszymi źródłami fal grawitacyjnych są zlewające się czarne dziury w układach podwójnych. To najprawdopodobniej będą pierwsze obiekty, jakie zaobserwują eksperymenty drugiej generacji Virgo i Ligo. Mamy też nadzieję zobaczyć same początki Wszechświata, obserwować wybuchy supernowych albo zderzające się gwiazdy neutronowe w układach podwójnych” – opowiada dr hab. Rosińska.
Jak wyjaśnia, fale grawitacyjne bardzo słabo oddziałują z materią i podróżują przez Wszechświat praktycznie bez przeszkód. Detektory fal grawitacyjnych Virgo, koło Pizy, i amerykańskie Ligo, położone w Hanford i Livingston, to tzw. obserwatoria interferometryczne - ich zadaniem jest pomiar amplitudy fali grawitacyjnej z astrofizycznych źródeł. Ramiona interferometru, ustawione do siebie pod kątem prostym, mają po 3 km w przypadku eksperymentu Virgo i 4 km w przypadku Ligo. Obecnie trwają prace mające na celu zwiększenie ponad 10-krotnie czułości tych detektorów.
„Rozchodząca się fala grawitacyjna powoduje, że jedno ramię interferometru się kurczy, a drugie się wydłuża. W następnej chwili dzieje się odwrotnie. Mierzymy zmianę długości ramion, a więc amplitudę fali. Dzięki detektorom o zwiększonej czułości powinniśmy już za kilka lat obserwować dziesiątki zdarzeń na rok. Otworzy to nowe okno na Wszechświat i nową dziedzinę nauki - astrofizykę fal grawitacyjnych. Mój zespół badawczy modelujący numerycznie najważniejsze astrofizyczne źródła fal grawitacyjnych będzie miał udział w tych odkryciach” – mówi dr Rosińska.
Jak zaznacza badaczka, uczeni zapraszani są do współpracy w eksperymentach Virgo i Ligo, jeśli międzynarodowa grupa uzna ich dokonania naukowe za obiecujące dla projektu. Dr hab. Dorota Rosińska otrzymała fundusze na badania z Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Program FOCUS pozwolił jej na utworzenie i finansowanie zespołu naukowego, który pracował nad źródłami fal grawitacyjnych – gorącym tematem w światowej astrofizyce.
Badaczka pozyskała pieniądze na kolejny pionierski projekt badawczy: „Narzędzia numeryczne dla astrofizyki obiektów zwartych”. Jej zespół badawczy tworzy oprogramowanie do rozwiązywania istotnych problemów z astrofizyki relatywistycznej. Oprogramowanie ma wyjaśnić natury obiektów zwartych, takich jak np. czarne dziury czy gwiazdy neutronowe. Praca zespołu Doroty Rosińskiej przyczyni się też do odkrywania Wszechświata w falach grawitacyjnych.
„Numerycznie modelujemy obiekty zwarte, obliczamy sygnał, jakby +odcisk palca+ każdego z astrofizycznych źródeł, np. zlewających się czarnych dziur czy gwiazd neutronowych. Właśnie dzięki tym modelom cyfrowym, charakterystycznym dla każdego astrofizycznego obiektu, będzie można wyłuskać w danych z detektorów pochodzący od nich sygnał” - mówi dr hab. Dorota Rosińska.
Zespół prowadzi badania z ekspertami z instytutów naukowych we Francji, Niemiec, Grecji i USA. Jak zapewnia kierowniczka projektu badawczego, młodzi ludzie z entuzjazmem angażują się w badania podstawowe dotyczące obiektów zwartych i fal grawitacyjnych. Obecnie jej grupa składa się z sześciu doktorantów i kilku doktorów. Grupa pasjonatów tworzy narzędzia numeryczne, żeby rozwiązać istotne problemy z astrofizyki relatywistycznej, które do tej pory nie zostały rozwiązane z przyczyn numerycznych. Przetestowane oprogramowanie zostanie udostępnione innym grupom badawczych w Polsce i na świecie.
Dr hab. Rosińska uważa za szczególnie istotne stworzenie relatywistycznego programu numerycznego we współpracy z matematykiem z Jena University w Niemczech. Umożliwia on studiowanie gorących gwiazd neutronowych, które powstają wewnątrz supernowej bądź po zlaniu się dwóch gwiazd neutronowych w układzie podwójnym. Obiekty te mogą być istotnymi źródłami fal grawitacyjnych.
„Stworzony przez nas wyjątkowo stabilny i dokładny program numeryczny umożliwia, w przeciwieństwie do kodów innych grup badawczych, pełne modelowanie gorących gwiazd neutronowych na różnych etapach ewolucji. Nasze wyniki posłużą do badania stabilności tych obiektów, które mogą być silnymi źródłami fal grawitacyjnych i promieniowania rentgenowskiego. Ma to istotne znaczenie dla zrozumienia m.in. końcowych etapów ewolucji układów podwójnych gwiazd neutronowych czy też wybuchów supernowych” – tłumaczy astrofizyk.
Niezależnie zespół pracował nad oprogramowaniem do badania efektów relatywistycznych w otoczeniu rotujących gwiazd neutronowych i czarnych dziur w małomasywnych rentgenowskich układach podwójnych. Uzyskane wyniki pozwalają zrozumieć od podstaw, co jest przyczyną niestabilności w dysku akrecyjnym wokół obiektów zwartych.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl i Karolina Olszewska
Przeczytaj więcej: 
