ASTROFIZIKA
Pripremio: M. Rajković
Dr Vuk Mandic, profesor na Univerzitetu Minesote (SAD), član međunarodne kolaboracije LIGO, o otkriću gravitacionih talasa
Nova epoha u posmatranju svemira
Poslednje četiri godine fizičari su imali dobru žetvu naučnih otkrića. Najpre je, početkom leta 2012, otkriven Higsov bozon (“Božja čestica”), a lane oscilacija neutrina, oba vredna Nobelove nagrade. Već 11. februara ove godine na konferenciji za novinare u Vašingtonu, Dejvid Rajc, direktor projekta koji je imao za cilj da potvrdi Ajnštajnovu pretpostavku od pre jednog veka, obznanio je: “Detektovali smo gravitacione talase”. “Kosmički kameleoni” su u međuvremenu uneli ozbiljnu pukotinu u Standardni model, kome je toliko nedostajala čestica čije je postojanje predvideo Piter Higs. O najnovijem otkriću za Planetu govori dr Vuk Mandić, član kolaboracije LIGO, koja je konačno prvi put direktno snimila “zvučni zapis univerzuma”
 |
Dr Vuk Mandic |
- Albert Ajnštajn je svojom Opštom teorijom relativnosti 1915. godine predvideo gravitacione talase, ali je pretpostavio da nikada neće biti detektovani pošto su veoma niskog intenziteta. Međutim, tehnologija neophodna za ovu vrstu detektora značajno je napredovala u poslednjim decenijama.
Unapređeni (advanced) LIGO detektori, desetostruko osetljiviji, izgrađeni 2010-2015. godine, počeli su prve observacije u septembru prošle godine, a već 14. septembra prvi put su uočili gravitacione talase, nastale sudarom dve crne rupe - kaže Vuk Mandić, profesor astrofizike na Departmanu za matematiku i astronomiju Univerziteta Minesote u Mineapolisu (SAD).
Ajnštajn je bio u pravu
 Podsetimo, Ajnštajn ne samo da nije verovao da će naučnici bilo kada da čuju gravitacione talase, nego je u jednom trenutku posumnjao da oni zaista postoje. Posle njegove smrti naučnici su ipak bili prilično sigurni u njihovo postojanje pa je usledio prvi neuspešan eksperiment da se oni otkriju. Tek kada je Američka nacionalna fondacija za nauku 1979. godine taj zadatak poverila Institutu za tehnologiju Kalifornije (Caltech) i Institutu za tehnologiju u Masačusetsu (MIT) i u tu svrhu izdvojila novac, počelo je dugo traganje na koji način da se hipoteza slavnog naučnika potvrdi.
Prva Lasersko interferometarska opsrevatorija za gravitacione talase (LIGO) na Kaltehu završena je 1999. godine, ali uloženi novac i ogroman trud naučnika nisu dali očekivani rezultat. Pristupilo se rekonstrukciji detektora, koja je koštala 1,1 milijardu dolara; znatno poboljšanim performansama sistema detekcije, međunarodni tim astrofizičara, koji broji više od hiljadu naučnika sa 90 instituta i univerziteta iz 14 zemalja, konačno je stigao do cilja. Gravitacioni signal je uhvaćen korišćenjem dva gigantska laserska instrumenta, u Livingstonu (Luizijana) i Henfordu (Vašington) na krajnjem severozapadu SAD, na razdaljini od 3.000 m. Detektori su radili usklađeno i mogli su da zabeleže te, i deset puta udaljenije, veoma slabašne pokrete prostor-vremena koji putuju brzinom svetlosti .
Na osnovu signala koja su dva laserska detektora snimila, objašnjava dr Vuk Mandić, možemo saznati dosta o ovom događaju. Frekvencija signala i brzina kojom se ta frekvencija menja tokom vremena zavise od masa dve crne rupe, dok jačina signala sadrži informaciju o daljini na kojoj se sudar desio. “Obe crne rupe su imale masu otprilike 30 puta veću od Sunca, i prilikom sudara su se kretale brzinom od polovine brzine svetlosti. U ovom kataklizmičkom sudaru, oslobođena je ogromna energija, ekvivalentna masi tri Sunca, i pretvorena u gravitacione talase. Ti talasi su putovali 1,3 milijardu godina dok nisu stigli do Zemlje i do LIGO detektora.”
I korak dalje
- Ajnštajnova teorija kaže da su prostor i vreme iskrivljeni u prisustvu mase (ili energije), što takođe objašnjava gravitacionu silu - nastavlja naš sagovornik. - Ako se mase ubrzano kreću, kao na primer dve crne rupe koje rotiraju jedna oko druge, one će kriviti prostor kako putuju kroz njega. A ta iskrivljenost će nastaviti da putuje od masa u svim pravcima, kao što talasi na površini vode putuju u svim pravcima od mesta na koje bacimo kamenčić. Gravitacioni talasi, prema tome, predstavljaju iskrivljenost samog prostora koja putuje brzinom svetlosti kroz prostor.
Od Priboja do Minesote
Vuk Mandić je rođen u Priboju, a odrastao u Podgorici, gde je pohađao osnovnu školu (“Milorad Musa Burzan”) i gimnaziju (“Slobodan Škerović”). Studije je završio 1998. godine na Tehnološkom institututu Kalifornije , poznatijem kao Caltech, doktorirao na Kalifornijskom univerzitetu u Berkliju 2004. Od 2004. do 2007. godine radio je na Caltehu gde je imao Milikenovu stipendiju za postdoktorske studije(Robert E. Miliken, američki fizičar i nobelovac, jedan od slavnih studenata Mihajla Pupina na Kolumbiji, kome je Pupin mnogo i lično pomogao tokom naučnog usavršavanja).
Od 2007. Vuk Mandić je profesor na Univerzitet Minesote, jednom od vodećih državnih univerziteta u SAD, i među najvećim po broju studenata.
Samo Odsek za fiziku broji više od 60 profesora, koji rade u raznim oblastima fizike - od fizike čvrstog stanja do elementarnih čestica i astrofizike. U središtu Mandićevih interesovanjau su ekepermentalna kosmologija i astrofizika. Autor je više od 150 naučnih radova, objavljenih u Nature , Science , Physical Review Letters i drugim vodećcim časopisima za fiziku. |
LIGO kolaboracija je potvrdila da je Ajnštajn u predviđanju bio u pravu, ali je, prema rečima prof. Mandića, cilj kolaboracije “i korak dalje”.
- Mi želimo da otvorimo novu epohu u posmatranju i proučavanju svemira, koja je zasnovana na merenju gravitacionih (umesto elektromagnetnih) talasa. Očekujemo da ovom metodom otkrijemo nove objekte u svemiru, kao što je novootkriveni par crnih rupa, ali i da naučimo više o objektima za koje već znamo da postoje, npr. o pulsarima.
O tome šta ovo otkriće konkretno znači za fiziku gravitacije i buduća astrofizička i druga istraživanja, dr Mandić ističe da ovaj “događaj ne samo da je potvrdio tačnost Ajnštajnove teorije relativiteta već je pokazao i da crne rupe mogu da postoje u parovima, i da ti parovi mogu da se kreću spiralnom putanjom i da se na kraju spoje”.
Pred izazovom novih otkrića
- Možda je najvažnija posledica ovog otkrića to da sada imamo potpuno nov način posmatranja i proučavanja svemira. LIGO i drugi detektori će poboljšavati svoju osetljivost na gravitacione talase tako da u sledećim godinama očekujemo mnogo više otkrića, i otkrića različitih vrsta objekata u svemiru.
U potrazi za tamnom materijom
Pored eksperimenta LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), radi i na eksperimentu Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), koji traga za tamnom materijom u obliku novih masivnih elementarnih čestica. O istraživanjima u ovoj oblasti kaže:
- Astrofizička osmatranja su ustanovila da je većina mase u svemiru nevidljiva, tj. ne emituje svetlost. SuperCDMS gradi detektore od germanijuma i silicijuma koji se koriste na vrlo niskim temperaturama (50 miliKelvina) i duboko pod zemljom u potrazi za novim česticama. Moja grupa na Univerzitetu Minesote je izgradila laboratoriju u kojoj se proučavaju osobine ovih detektora na niskim temperaturama i pripremaju za eksperiment pod zemljom.
|
Na primer, navodi dr Mandić, buduće detekcije sudara parova crnih rupa bi trebalo da otkriju na koji način se ti parovi formiraju, što bi dalo nove informacije o formiranju struktura u svemiru. Takođe, očekuju se i detekcije sudara parova neutronskih zvezda o kojima danas znamo vrlo malo, koje bi omogućile proučavanje stanja materije u neutronskim zvezdama. Postoji i mogućnost detekcije gravitacionih talasa emitovanih tokom Velikog praska, što je možda jedini način da se prouči svemir u prvoj sekundi posle tog inicijalnog događaja, i da se sazna o zakonima fizike koji vladaju na tako visokim nivioma energije (koje nije moguće reprodukovati u laboratorijama). Ovo otkriće je imalo velikog odjeka i u naučnim krugovima i u široj javnosti. A profesor sa Minesote želi da istakne da je ovo tek “početak astrofizike gravitacionih talasa”. Kaže da se već pojavljuju radovi koji proučavaju prve LIGO signale i šta oni znače za različite modele u astrofizici.
- Ovakva vrsta naučnog rada će se intenzivirati u narednim godinama jer očekujemo da LIGO detektorima budu otkrivene nove vrste astrofizičkih objekata. Takođe, očekujemo i nove detektore da počnu sa radom , kao što je Virgo detektor u Italiji, što će omogućiti da bolje odredimo pravac iz kojeg dolaze gravitacioni talasi i da isti taj pravac proučavamo standardnim elektromagnetnim teleskopima.
Mandićev lični doprinos
O svom doprinosu otkriću rukovodilac grupe na Univerzitetu Minesote kaže: - Grupa koju vodim je član kolaboracije još od 2007. Od tada smo vodili nekoliko projekata u potrazi za tzv ‘stokastičnim' gravitacionim talasima koji nastaju kada se gravitacioni talasi od svih objekata u svemiru saberu. Ti radovi su objavljeni u časopisu Nature ( Priroda ) i vodećim časopisima za fiziku. Takođe, moja grupa proučava performanse LIGO detektora i istražuje načine da se poboljša osetljivost detektora za gravitacione talase.
 |
Ajnštajnov spis o gravitacionim talasima |
Vuk Mandić je vodio i jedan od radova koje je LIGO kolaboracija objavila u sklopu prve detekcije, u kojem je sa saradnicima pokazao da su stokastični talasi (proizvedeni u svim sudarima crnih rupa u svemiru) veći nego što se to ranije smatralo i da postoji mogućnost da se oni sa osetljivijim detektorima registruju u narednim godinama.
- Za mene, kao i za moje kolege - kaže prof. Mandić - ovo otkriće je vrhunac rada u nauci. Otkrića kao ovo daju validnost izboru naučne karijere i pokazuju vrednost mnogih odricanja na tom putu. S druge strane, ova detekcija je samo početak, očekuje nas još mnogo više rada da pravilno proučimo i razumemo signale koje očekujemo da otkrijemo ubuduće.
Sa žaljanjem zaključuje da eksperimenti ovakve vrste u Srbiji trenutno ne postoje, tako da nije imao prilike da sarađuje sa svojim srpskim kolegama, uz poruku da bi bio”veoma zainteresovan” da razvija saradnju ove vrste u budućnosti.
M. Rajković
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
