Gravitatsioonilaineid märgati käesoleva aasta 4. jaanuaril mõni tund pärast südaööd kahe USA-s asuva gravitatsioonilainete detektoriga. Lained vallandusid analüüsi kohaselt Maast ligikaudu kolme miljardi valgusaasta kaugusel. Omavahel ühinenud Päikesest vastavalt 31,2 ja 19,4 korda massiivsemast mustas august moodustus Päikesest 48,7 korda raskem must auk.

Ülejäänud mass muundus ühinemise käigus energiaks. Kiirgusvoog küündis hetkeks 10⁵⁶ ergini sekundis. Sama palju energiat vallandub 10³⁴ megatonni trotüüli plahvatamisel. Kaugelt rohkem, kui kiirgavad sama ajavahemiku vältel kõik universumi galaktikad ja neis asuvad tähed.

Detektorite registreeritud signaal. Autor: LIGO/Caltech/MIT

Tegu on ühtlasi kõige kaugemal aset leidnud mustade aukude ühinemisega, mida on märgatud gravitatsioonilainete vahendusel. Esimesed LIGO gravitatsioonilainete observatooriumi poolt registreeritud võbelused vallandusid poole lähemal.

Seega võimaldab see paremini proovile panna ka relatiivsusteooria. Albert Einsteini poolt loodud teooria kohaselt peaksid liikuma gravitatsioonilained kõikidel sagedustel samal kiirusel. Selle mõnede edasiarendustega kohaselt on see märgatavalt erinev. Taolist dispersiooni aga LIGO kollektiiv ei näinud. Relatiivsusteooria tegi läbi järjekordse jõuproovi.

S. Ossokine / A. Buonanno /T. Dietrich / R. Haas /SXS project

Tähelepanek võimaldas seada 30 protsendi võrra kitsamad piirid hüpoteetilisele gravitatsiooni vahendavale osakesele – gravitonile.

Aegruumi lainetuste uurimine avab võimaluse uurida universumi kõige energeetilisemaid sündmuseid täiesti uuel viisil. Muu hulgas loodavad astronoomid saada paremat aimu mustade aukude ühinemisest, täheplahvatustest ja pikemas plaanis välja selgitada, kuidas nägi universum välja vaid sekundi murdosa pärast selle tekkimist.

Avastust kirjeldav uurimus ilmub ajakirjas Physical Review Letters.

Kuidas gravitatsioonilaineid registreeritakse?
Signaali registreerimiseks kasutatavad mõõteseadmed meenutavad L-tähte, mille harude pikkus on neli kilomeetrit. Gravitatsioonilainete poolt põhjustatud ruumimoonutuste täheldamiseks kasutatakse laserkiirt, mis jagatakse kiirtejagajaga kaheks.

Neist ühe teekond jätkub sirgjooneliselt, teine peegeldatakse aga 90-kraadise nurga all teleskoobi teise harusse. Mõlemad kiired peegelduvad haru lõppu jõudes tagasi. Detektorini jõudes on need täpselt vastasfaasis. Valguslained interfereeruvad ja nõrgendavad teineteist määral, et kaovad täielikult.

Seda juhul, kui kiirte teekonna pikkus polnud teistsugune kui tavaliselt. Interferentsimustrini viivat häiritust võib esile kutsuda nii keskkonnast lähtuv müra kui ka gravitatsioonilained. Esimese saab pea täielikult välistada, kui samast signaali nähakse kerge viivisega mõlema interferomeetri poolt. Teisel juhul venitavad gravitatsioonilained ruumi ühes suunas kokku ja teises välja – harude pikkus muutub.

Gravitatsioonikiirguse mõju on imeväike. Piltlikult pressitaks tervet Linnutee galaktikat kokku vaid ühe inimese pikkuse võrra ehk reaalselt peavad füüsikud täheldama prootoni läbimõõdust enam kui 10 000 korda väiksemat muutust. Abi poleks isegi nelja kilomeetri pikkuste harudega interferomeetrist. Seetõttu peegeldatakse laserkiiri tegelikult enne interfereeruda laskmist 400 korda edasi-tagasi – valgus läbib kokku 1600 kilomeetrit.