Jak by vypadal vesmír, kdybychom mohli vidět milihertzové gravitační vlny?

Jsme příliš nepatrní na to, abychom mohli svými těly detekovat milihertzové gravitační vlny. Nezvládnou to ani pozemní gravitační observatoře. Ale vesmírná observatoř LISA a jí podobné, co se v dohledné budoucnosti vydají do vesmíru, by to dokázat měly. Vědci připravili ochutnávku toho, co by observatoře měly uvidět.

Vesmír v milimetrových gravitačních vlnách. Kredit: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Představte si, že bychom „viděli“ nebo prostě nějak vnímali gravitační vlny. Je to samozřejmě science-fiction, třeba kvůli tomu, že naše těla jsou na něco takového příliš malá. Dejme tomu, že jsme gigantické kosmické bytosti, které mají senzorické orgány o délce asi milionů kilometrů. S takovou výbavou bychom mohli vnímat gravitační tsunami srážek černých děr či neutronových hvězd, mohutný gravitační příboj, kterým drásají časoprostor těsné dvojhvězdy i věčný šepot gravitačního pozadí vesmíru. Taková bytost by vlastně cítila zrození a zánik ve vesmírném měřítku.

Kaitlyn Szekerczes. Kredit: University of Maryland.

Kaitlyn Szekerczesová z NASA’s Goddard Space Flight Center a její kolegové si to představit zkusili, v oblasti milihertzových gravitačních vln, které jsou spojené se zběsilými kolotoči velmi těsných dvojhvězd (UCB, Ultracompact binary). Použili simulovaná data a vytvořili vizualizace vesmíru, jak by vypadal, pokud bychom ho pozorovali v oblasti milihertzových gravitačních vln. V minulosti jsme již viděli podobné obrázky v oblasti infračerveného, rentgenového nebo třeba gama záření. Tohle je ještě více exotické.

LISA. Kredit: NASA, Wikimedia Commons.

Není to přitom jen takové bezúčelné hraní. Výsledná prezentace je vlastně odhad, co můžeme čekat od připravovaných vesmírných gravitačních observatoří, které by se měly pustit do práce v příštím desetiletí.

Pozemní gravitační observatoře detekují mohutné jednorázové gravitační vlny velkolepých katastrof, jako jsou srážky černých děr či neutronových hvězd. Bývají kratší než minutu, mívají relativně vysoké frekvence, mohou se objevit na jakémkoliv místě oblohy a jejich zdroj se nachází daleko za hranicemi Mléčné dráhy. Přitom se i v naší Galaxii nacházejí zdroje gravitačních vln, které bychom teoreticky mohli detekovat, jako jsou zmíněné velmi těsné dvojhvězdy, ale potřebujeme k tomu výkonnější gravitační observatoře.

Klasická astronomie má s velmi těsnými dvojhvězdami problém. Je obtížné je pozorovat. Známe jen pár takových, jejichž oběžná doba je kratší než hodinu. Gravitační astronomie by to měla změnit. Odborníci počítají s tím, že připravovaná vesmírná gravitační observatoř LISA (Laser Interferometer Space Antenna) detekuje desítky tisíc takových systémů. Má totiž k dispozici „senzorické orgány“ o délce milionů kilometrů, v podobě laserových paprsků mezi třemi satelity této observatoře. Bude to jedním z hlavních úkolů mise LISA. Do vesmíru by měla vyrazit v roce 2037.

Video: Synthetic Gravitational Sky