Gravitační vlny. Kredit: Swinburne Astronomy Productions.

První detekci gravitační vlny před pár lety oslavil celý svět. V tu chvíli se zrodila gravitační astronomie, a jak se zdá, tak dostala do vínku obrovskou chuť objevovat doposud neznámý vesmír. Nejde přitom jenom o samotná pozorování éterického vlnění časoprostoru procházejícími gravitačními vlnami. Bouřlivě se rozvíjí i fyzika kolem gravitačních vln a přináší nové podivuhodné věci.

Před pár dny udivil celý svět – nebo alespoň ty, co nejsou natolik zběhlí v temných zákoutích relativity – tým fyziků, který vedl Éanna Flanagan z americké Cornell University. Ve své teoretické studii, publikované v časopisu Physical Review D, spočítali, že si vesmír může „pamatovat“ gravitační vlny ještě dlouho poté, co se provlní kolem. I ty nejmocnější gravitační vlny, které se rodí ve srážkách černých děr či neutronových hvězd, jsou v prostoru Země velice nezřetelné a vesmírem se pohybují nesmírně rychle. Přesto podle Flanagana a spol. po sobě zanechávají jisté otisky, poměrně dlouho čitelné stopy. Jakoby si vesmír pamatoval jejich průchod.

Éanna Flanagan. Kredit: Cornell University.

Tyto otisky gravitačních vln (anglicky „persistent gravitational wave observables“) nejsou jako šlápoty pádícího teropoda. Ve skutečnosti by měly být ještě méně zřetelné, než samotné gravitační vlny. Na rozdíl od samotných gravitačních vln by ale jejich otisky měly být mnohem trvanlivější. Tyto otisky by se mohly projevit například nepatrným posunutím objektů v prostotu. Mohlo by se změnit chování určitých částic. A dokonce by mohlo dojít k dočasnému vykolejení času, takže by na různých místech Země běžel velmi nepatrně odlišně.

Katalog detekovaných gravitačních vln. Kredit: LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration/Georgia Tech/S. Ghonge & K. Jani.

Změny vyvolané otisky gravitačních vln by měly být tak nesmírně nepatrné, že nepochybně budou na samotné hranici detekovatelnosti těmi nejvíce pokročilými technologiemi soudobé vědy. Jestli to vůbec půjde. Flanagan a spol. ve svém článku rozverně navrhují, že by pozorování otisků gravitačních vln bylo nejjednodušší s dvojicí operátorů, kteří by nosili kapesní detektory gravitačních vln. To je samozřejmě vědecký prank nejhrubšího zrna, protože jak každý milovník gravitační astronomie jistě ví, soudobé detektory gravitačních vln mají velikost několika kilometrů.

Na druhou stranu, nějaké alespoň trochu reálné možnosti podle všeho existují. Jednou z nejslibnějších je například detekce posunů zrcadel uvnitř fungujících detektorů gravitačních vln. Gravitační observatoře měří procházející gravitační vlny pomocí důmyslných soustav laserových paprsků a zrcadel. První taková detekce se povedla v roce 2015, po heroickém úsilí celých generací fyziků. Od té doby se technologie zlepšila, takže gravitační observatoře detekují tak jednu gravitační vlnu týdně.
Přicházející gravitační vlny jsou velice nezřetelné a jejich otisky jsou patrné ještě mnohem slaběji. Nicméně, zrcadla v detektorech gravitačních vln jsou neustále proměřována s tak extrémní přesností, že bychom prý s jistou dávkou štěstí přece jen mohli otisky prošlých gravitačních vln vysledovat. Flanaganův tým dal dohromady matematický model, který předpovídá, jak se posunou zrcadla v detektoru gravitační observatoře při každém průchodu výrazné gravitační vlny. Další možnosti podle nich spočívají v detailní analýze spinu určitých částic před a po průchodu gravitační vlny anebo v neméně detailní analýze a porovnání chování dvou atomových hodin na různých místech. Také tyto analýzy by prý mohly odhalit otisky gravitačních vln. Tak směle do toho.

Video:  We’re Going to Detect More Gravitational Waves Than Ever Before, Here’s How


Literatura
Live Science 9. 5. 2019, Physical Review D 99: 084044.