AK ⟩ Gravitatsioon lööb astronoomias laineid

Suurem osa tuvastatud gravitatsioonilainetest on tekkinud mustade aukude kokkupõrke tagajärjel. Foto: N. Fischer/AFP/Scanpix

Veidi üle viie aasta tagasi õnnestus astronoomidel esimest korda tuvastada kaua oletatud gravitatsioonilained. Nüüd on neid tuvastatud juba piisavas koguses, et asuda kaardistama mustade aukude kokkupõrkeid läbi universumi ajaloo.

Esimese, 2015. aastal tuvastatud gravitatsiooni lainetamise tekitasid kaks teineteisega ühinenud musta auku 1,3 miljardi valgusaasta kaugusel. Vägitükk tõi selle avastajatele kiiresti ka Nobeli füüsikaauhinna. Praeguseks on samasuguseid aegruumi virvendusi vastu võetud ligi poolsada. Kosmilises kontekstis pole seda küll palju, kuid teadusele on see juba märkimisväärne edusamm.

Igapäevaelust teame, et üks asi on asju näha, hoopis teine asi neid kuulda, kompida, maitsta ja haista. Midagi samasugust peab paika astronoomias, mis on ajalooliselt tegelenud nähtavat valgust koguvate teleskoopidega, kuid on viimastel aastakümnetel seda tublisti täiendanud teistes elektromagnetlainete vahemikes töötavate instrumentidega. Nende abil näeme kaugeid objekte ja sündmusi sõna otseses mõttes teises valguses.

Gravitatsioonilaineid jäädvustavad detektorid on meile andnud aga mõnes mõttes täiesti uue meele, mille kaudu universumit, selles toimuvaid sündmusi ja selle evolutsiooni mõista. Meelte analoogiat jätkates võiks öelda, et peale nägijaks saamise on meil nüüd ka kõrvad ning kõiksus näib helisevat kaugete põrgete kakofooniast.

Gravitatsioon lainetab

Gravitatsioonilainete olemasolu pakkus esimesena välja prantsuse füüsikateoreetik Henri Poincaré juba 1905. aastal ning 1916. aastal järeldas nende olemasolu üldrelatiivsuse valemitest ka kuulus Albert Einstein, kes jäi samas nende olemasolu suhtes skeptiliseks. Tema kahtlused said kummutatud 1974. aastal, kui raadioastronoomidel õnnestus nende teket vaatlustega kinnitada, ning 2015. aastal raputas teadusmaailma teade esimesest korrast, kui neid otseselt ka mõõdeti.

Lihtsustatult on gravitatsioonilained aegruumi virvendused, mis liiguvad valguse kiirusel ning mida tekitavad väga massiivsed kiirendavad kehad. Ühed sellised kehad on raskete tähtede surmast alles jäänud mustad augud ja neutrontähed, mis kiirgavad üksteise ümber tiireldes, lähenedes ja põrkudes osa oma massist gravitatsioonilainetena ära. Need lained levivad seejärel oma teel universumi kangast vaheldumisi venitades ja kokku surudes miljardeid valgusaastaid.

Kuigi väiksemaid gravitatsioonilainete detektoreid on aastate jooksul ehitatud mitukümmend, on neist viljakad olnud vaid kaks suuremat: Ühendriikides töötav LIGO ja Itaalias asuv Virgo. Need laser­interferomeetriteks nimetatud detektorid on sisuliselt üksteisega täisnurga all paiknevad ja kilomeetreid pikkades vaakumtorudes levivad laserkiired, mis võimaldavad mõõta ruumi kokkutõmbeid mõõtkavas tuhandik prootoni läbimõõdust. Millimeetrist moodustab see pikkus umbes kvadriljondiku ehk miljon miljardikku.