Zdroje gravitačních vln

Gravitační vlny vznikají při změně zakřivení časoprostoru. Tvar časoprostoru sice závisí jenom na tom, jak je v něm rozložena hmota, ale gravitační vlny jsou způsobeny událostmi, které rozložení hmoty mění. Gravitační vlny, které dokážeme zachytit, musí vzniknout při procesech s velkou energií, protože časoprostor není příliš elastický. Pamatujete si na přirovnání s těžkou koulí? Časoprostor je jako velice tuhá trampolína, která se prohne pouze když na ni položíte něco skutečně těžké.

Gravitační vlny (podobně jako kruhy na vodě) postupně se vzdalováním se od místa jejich vzniku ztrácejí na síle. To je další důvod proč je tak těžké vlny zachytit. Potřebujeme velká tělesa pohybující se téměř rychlostí světla, protože tyto jevy se odehrávají daleko od Země. Gravitační vlny, o kterých jsou vědci přesvědčeni, že je pomocí detektorů LIGO a GEO 600 můžeme zachytit, pocházejí z objektů jako jsou dvojice neutronových hvězd, supernovy, a srážející se černé díry.

Binární systémy

Binární systémy, které mohou vyzařovat gravitační vlny, mohou pozůstávat z hvězd, černých děr a nebo jejich kombinace. Obě tělesa se k sobě postupně po spirále přibližují, protože ztrácejí energii díky vyzařování gravitačních vln. Čím blíže se k sobě hvězdy nacházejí, tím silnější vlny vyzařují. Když obě tělesa splynou, vyšlou intenzivní signál v podobě obrovských gravitačních vln. Obrázek: Mlhovina Motýl, binární hvězdy se nacházejí uprostřed. NASA

Supernova

Supernova je ohromná exploze, kterou končí svůj život velice hmotné hvězdy. Když masivní hvězdy spálí své palivo, zhroutí se do sebe a vnější vrstvy jsou prudce odvrženy do okolního prostoru. Není-li kolaps perfektně sférický, supernova vyzáří intenzivní záblesk gravitačních vln. Obrázek: "Tři velké oči" - pozůstatek tzv. Keplerovy supernovy. NASA.

Neutronové hvězdy

Po výbuchu supernovy může zbýt husté, rychle rotující jádro složené převážně z neutronů, nazývané neutronová hvězda. Rychle rotující neutronová hvězda, která nemá tvar dokonalé koule, bude vyzařovat gravitační vlny. Některé z neutronových hvězd se stanou pulzary, které vysílají do vesmíru silné radiové pulzy. Také ony mohou vysílat gravitační vlny. Tyto gravitační vlny (na rozdíl od ostatních) jsou vyzařovány stabilně a dlouhodobě mnoho let. To umožňuje projektu Einstein@home pátrat po takovýchto vlnách i přesto, že jsou slabší než ty z binárních systémů či černých děr. Obrázek: Takto vidí Hubble osamocenou neutronovou hvězdu ve vesmíru. NASA.

Černé díry

Je-li kolabující hvězda velmi hmotná, projde fází neutronové hvězdy a pokračuje v kolapsu - vznikne černá díra. Její gravitační přitažlivost je natolik velká, že nic z ní nemůže uniknout. Jediná informace, kterou černá díra vysílá, jsou gravitační vlny. Obrázek: Diskový prach kolem díry v galaxii NGC 4261. NASA.

Kosmické pozadí tvořené gravitačními vlnami

Vědci také věří, že se jim v budoucnu podaří zachytit gravitační vlny, které tu zůstaly z počátků vesmíru. Vyžaduje si to však vícenásobné detektory, protože tyto vlny jsou ještě slabší než ty z neutronových hvězd. Navíc, takovéto vlny nepřicházejí z jednoho směru, nýbrž jsou rozloženy po celé obloze, podobně jako je to v případě kosmického mikrovlnného pozadí na obrázku vlevo. Jejich význam je však velký, poskytnou nám totiž informaci o tom, jak vesmír vypadal bezprostředně po jeho vzniku. Obrázek: Rovnoměrné rozložení kosmického mikrovlnného záření, které je pozůstatkem po vzniku vesmíru. WMAP.