Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 34 – vyšlo 7. října, ročník 15 (2017) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

34/2017

Nobelova cena za gravitační vlny aneb i Virgo se probouzí

Petr Kulhánek

O problematice gravitačních vln v Aldebaran bulletinu pravidelně informujeme. Z poslední doby jde například o bulletiny AB 41/2015, 42/2015, 6/2016, 20/2017 a 22/2017. Detekce gravitačních vlnGravitační vlna – periodicky se šířící zakřivení času a prostoru. Může vzniknout v okolí těles s nenulovým kvadrupólovým momentem, například kolem dvojice rotujících kompaktních hvězd. Právě tyto vlny by měly být nejběžnější a mít frekvenci od 0,1 mHz do 10 kHz. K první přímé detekci gravitačních vln došlo dne 14. září 2015. Gravitační záblesk ze splynutí dvou černých děr středních hmotností ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných roků zachytily oba americké přístroje LIGO. – téměř přesně století po jejich předpovědi – se stala symbolem technologických možností naší doby. Pozorování relativní změny vzdálenosti o hodnotě 10^-21 a měření polohy koncových zrcadel detektorů LIGOLIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů. a VIRGOVIRGO – největší evropský interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 3 km. Je umístěn u vesničky Cascina, 10 km od italské Pisy proslulé svou šikmou věží. Detektor byl uveden do provozu v roce 2007. Od roku 2010 do roku 2017 probíhala rekonstrukce, jejímž cílem bylo podstatné zvýšení citlivosti. První experimentální běh po rekonstrukci proběhl v srpnu 2017 (společné pozorování s americkým LIGO) a 14. srpna se podařilo zachytit první gravitační signál. Detektor Virgo je součástí observatoře EGO (European Gravitational Observatory). Pro přístroj po rekonstrukci se také často používá zkratka AdV (Advanced Virgo). s přesností tisíckrát vyšší, než je rozměr protonuProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10⁻²⁷ kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10⁻¹⁹ C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 10³⁵ let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem., je mistrovským kouskem dnešní generace fyziků a inženýrů. Otevřel se nám zcela nový pohled do vesmíru, nový svět, který nikdo před námi ještě nespatřil. V době, kdy bylo ohlášeno, že trojice fyziků, která převezme v prosinci Nobelovu cenuNobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. za významný přínos k detekci gravitačních vln, také probleskla zpráva o další detekci. Událost byla zaznamenána současně na třech obřích detektorech – dvou amerických detektorech LIGO a evropském detektoru VIRGO, který se konečně po rozsáhlé rekonstrukci opět zapojil do hledání gravitačních vln. Celosvětová síť gravitačních detektorů poprvé umožnila přesnější určení polohy zdroje vln. Za dva roky od první detekce gravitačních vln (na podzim 2015) bylo pozorováno již pět záblesků, z toho čtyři statisticky průkazné. Ve všech případech šlo o splynutí černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. středních hmotností v obrovské vzdálenosti od nás. To je dáno konstrukcí detektorů a lze se těšit, že časem budeme pozorovat i jiné zajímavé jevy doprovázené emisí gravitačních vln. K tomu bude ale třeba precizního seřízení stávajících detektorů (jejich kvalita se neustále zlepšuje) a bude také nutné postavit detektory větších rozměrů, které budou schopny zachytit i gravitační vlny s delší vlnovou délkou.

Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2017 získali Reiner Weiss (1/2), Barry Barish (1/4) a Kip Thorne (1/4). Cena jim byla udělena za rozhodující přínos pro konstrukci detektoru LIGO a pro zachycení gravitačních vln. Na oficiálním uměleckém ztvárnění vědci sice vypadají, jako by byli postiženi nějakou nevyléčitelnou chorobou, ale tento fakt naštěstí nic nemění na mimořádné důležitosti jejich výzkumu gravitačních vln. Zdroj: Nobel media. Ilustraci spáchal: Niklas Elmehed.

Medaile udělovaná oceněným

Nobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. Obecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. Gravitační vlna – periodicky se šířící zakřivení času a prostoru. Může vzniknout v okolí těles s nenulovým kvadrupólovým momentem, například kolem dvojice rotujících kompaktních hvězd. Právě tyto vlny by měly být nejběžnější a mít frekvenci od 0,1 mHz do 10 kHz. K první přímé detekci gravitačních vln došlo dne 14. září 2015. Gravitační záblesk ze splynutí dvou černých děr středních hmotností ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných roků zachytily oba americké přístroje LIGO. LIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů. VIRGO – největší evropský interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 3 km. Je umístěn u vesničky Cascina, 10 km od italské Pisy proslulé svou šikmou věží. Detektor byl uveden do provozu v roce 2007. Od roku 2010 do roku 2017 probíhala rekonstrukce, jejímž cílem bylo podstatné zvýšení citlivosti. První experimentální běh po rekonstrukci proběhl v srpnu 2017 (společné pozorování s americkým LIGO) a 14. srpna se podařilo zachytit první gravitační signál. Detektor Virgo je součástí observatoře EGO (European Gravitational Observatory). Pro přístroj po rekonstrukci se také často používá zkratka AdV (Advanced Virgo).

První společná pozorovací kampaň detektorů LIGO a VIRGO

Když v roce 2010 započala rozsáhlá rekonstrukce detektorů LIGOLIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů. a VIRGOVIRGO – největší evropský interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 3 km. Je umístěn u vesničky Cascina, 10 km od italské Pisy proslulé svou šikmou věží. Detektor byl uveden do provozu v roce 2007. Od roku 2010 do roku 2017 probíhala rekonstrukce, jejímž cílem bylo podstatné zvýšení citlivosti. První experimentální běh po rekonstrukci proběhl v srpnu 2017 (společné pozorování s americkým LIGO) a 14. srpna se podařilo zachytit první gravitační signál. Detektor Virgo je součástí observatoře EGO (European Gravitational Observatory). Pro přístroj po rekonstrukci se také často používá zkratka AdV (Advanced Virgo)., byla plánována na pět roků a předpokládalo se, že oba americké detektory LIGO a evropský detektor VIRGO začnou společný hon za gravitačními vlnami s vyšší citlivostí přístrojů na podzim roku 2015. Americké LIGO skutečně provoz zahájilo dle plánu a už při testovacím běhu objevilo první gravitační záblesk. U evropského detektoru VIRGO se rekonstrukce neskutečně vlekla a ještě na počátku roku 2017 nebylo jasné, kdy (a zda vůbec) bude dokončena. O rekonstrukci obou detektorů jsme podrobně psali v AB 41/2015. Dobrá věc se ale nakonec podařila a VIRGO s vyměněnou optikou, novým antiseismickým systémem, novým vakuovým systémem a novým laserem se zapojilo do společné pozorovací kampaně detektorů LIGO a VIRGO, která proběhla mezi 1. a 25. srpnem 2017. A byla to veliká událost, neboť hned při této pozorovací kampani došlo dne 14. srpna k zachycení dalšího záblesku gravitačních vln (oficiální publikace vyšla až včera, tj. 6. října 2017), jehož označení je GW170814. Jako první se na gravitační vlně zhoupla koncová zrcadla detektoru LIGO v Livingstonu, o 8 milisekund později se zavlnila zrcadla detektoru LIGO v Hanfordu a o dalších 14 milisekund později zrcadla evropského detektoru VIRGO. Poprvé byl gravitační záblesk zachycen třemi detektory na dvou kontinentech, což umožnilo dvacetkrát přesnější určení polohy zdroje než v předchozích případech. Záblesk přišel z jižní oblohy z oblasti na hranici souhvězdí Hodiny a Eridanus. Původcem byla dvojice černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. o hmotnostech 31 a 25 Sluncí nacházející se ve vzdálenosti 1,8 miliardy světelných roků. Při jejich spojení vznikla černá díra o hmotnosti 53 Sluncí. Přidání detektoru VIRGO poprvé umožnilo měření polarizace (roviny kmitů) zachycené gravitační vlny. Další přesnější měření tohoto druhu umožní provést velmi detailní testy obecné relativityObecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. a jejích předpovědí.

Citlivost detektorů LIGO a VIRGO v době jejich první společné měřící kampaně.
Nejvyšší citlivost všech zařízení je v okolí frekvence 200 hertzů. Zdroj: PRL

Pohled na detektor VIRGO z ptačí perspektivy. Zdroj: VIRGO Collaboration.

Reiner Weiss (*1932)

Reiner Weiss se narodil v Německu v období, kdy se stupňovala protižidovská agrese. Proto jeho židovská rodina uprchla nejprve do Prahy a po okupaci Československa do Spojených států, kde Weiss vystudoval a prožil většinu profesního života. Působil na několika univerzitách, například Tuftsově univerzitě, Luisianské státní univerzitě a na MITMIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v massachusettském Cambridge. Univerzita byla založena Williamem Bartonem Rogersem v roce 1861. Skládá se z pěti škol a jedné koleje. Přestože jde o soukromou univerzitu, je podporována i státem. Spravuje livingstonskou část detektoru LIGO., kde má v současnosti status emeritního profesora. Podílel se na vývoji technologií pro družici COBECOBE – Cosmic Background Explorer, družice NASA vypuštěná v  roce 1989. Pomocí družice bylo zjištěno, že reliktní záření má teplotu 2,73 K a že jde s vysokou přesností o záření absolutně černého tělesa. V roce 1992 družice objevila fluktuace reliktního záření a jeho anizotropii způsobenou naším vlastním pohybem. Rozlišovací schopnost COBE byla 7°. Činnost sondy byla ukončena v roce 1993. a jako prvnímu se mu podařilo změřit spektrum reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, v době, kdy se vytvářely atomární obaly prvků a končilo plazmatické období vesmíru. Počáteční horkou (plazmatickou) fázi existence vesmíru nazýváme Velký třesk a reliktní záření tedy pochází z období konce Velkého třesku. Dnes má teplotu 2,73 K a vlnovou délku v milimetrové oblasti. Je jedním ze základních zdrojů informací pro naše poznání raného vesmíru. V anglické literatuře se označuje zkratkou CMB (Cosmic Microwave Background, mikrovlnné záření pozadí).. Pro tyto účely vyvinul monolitický křemíkový bolometr. Se stejnou vervou se podílel na přípravě a provozu detektoru gravitačních vln LIGOLIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů. a lze říci, že u obou projektů se stal klíčovou postavou. Je vynálezcem laserové interferometrie, na níž je experiment LIGO založen. Získal množství nejrůznějších cen, například Gruberovu kosmologickou cenu nebo cenu Alberta Einsteina udělovanou Americkou fyzikální společností. V roce 2017 obdržel cenu nejvyšší – Nobelovu cenu za fyziku, a to za rozhodující podíl na stavbě detektoru LIGO a na detekci gravitačních vln. Připadla mu polovina tohoto ocenění, o druhou polovinu se dělí američtí fyzikové Barry Barish a Kip Thorne.

Reiner Weiss (*1932)

Barry Clark Barish (*1936)

Barry Barish je americký fyzik narozený v Nebrasce. Fyziku vystudoval na Kalifornské univerzitě v BerkeleyUCB – University of California at Berkeley. Požadavky na vznik Kalifornské univerzity pocházejí již z roku 1849, vlastní univerzita byla založena v roce 1866, nejznámější část (UCLA) sídlí v Los Angeles. Berkeleyská část vznikla v roce 1873.. Po studiích, v roce 1963, se stal experimentátorem na CaltechuCALTECH – California Institute of Technology, prestižní americká univerzita, která vznikla v roce 1921. Založil ji chemik Arthur A. Noyes spolu s významným fyzikem Robertem A. Millikanem. Předchůdcem byla Throopova univerzita z roku 1891. Univerzita sídlí v kalifornské Pasadeně. Univerzita zajišťuje provoz JPL (Jet Propulsion Laboratory) americké NASA, analyzuje data ze Spizerova vesmírného dalekohledu a spravuje hanfordskou část detektoru gravitačních vln LIGO.. Nejprve se věnoval částicovým urychlovačům a připravoval experimenty pro FermilabFermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií.. Cílem jeho snažení byl detailní průzkum kvarkové struktury nukleonů. V jeho experimentech byly jako v jedněch z prvních pozorovány neutrální toky ve slabé interakciSlabá interakce – interakce s konečným dosahem, který je přibližně 10^–17 m. Působí pouze na levotočivé kvarky a leptony. Polními částicemi jsou vektorové bosony W⁺, W⁻ a Z⁰ se spinem rovným jedné. Hmotnosti částic jsou v rozmezí (80÷90) GeV. Typickým slabým procesem je například beta rozpad neutronu. Teorie slabé interakce se nazývá kvantová flavourdynamika (QFD).. V 80. letech byl ředitelem experimentu MACRO v italské podzemní laboratoři Gran SassoNLGS – Národní laboratoř Gran Sasso, byla vybudována ve střední Itálii na bocích tunelu, který spojuje města Teramo a L'Aquilla. Nachází se 1 400 metrů pod horou Gran Sasso a tvoří ji tři haly, každá o délce 100 metrů a výšce necelých 30 metrů. Je zde umístěno přibližně 20 funkčních experimentů. Celková plocha laboratoří, které byly otevřeny v roce 1987, je 17 300 m². Laboratoře patří pod Národní ústav jaderné fyziky INFN (Instituto Nazionale di Fizica Nucleare). V podzemí jsou především detektory neutrin různého původu, kosmického záření a temné hmoty.. V experimentu vědci hledali exotické částice včetně magnetických monopólů. Zdrojem částic bylo kosmické zářeníKosmické záření – proud částic nejrůznějšího původu přilétající z vesmíru. Při interakci s atmosférou vzniká sprška milionů i miliard částic. Nejenergetičtější částice kosmického záření, které se dosud podařilo detekovat, mají energie až 10²⁰ eV. Sprška z takové částice zasáhne na zemském povrchu mnoho desítek km². Tak energetická částice se objeví přibližně jednou za sto let. Kosmické záření je majoritním zdrojem antihmoty na naší planetě. Může vznikat v supernovách, pulzarech, aktivních galaktických jádrech, atd. Naprostá většina částic kosmického záření, okolo 88 %, jsou protony, přibližně 10 % jsou jádra hélia (alfa záření), 1 % elektrony a pozitrony a 1 % těžké prvky. Kosmické záření má naprosto nejširší spektrum energií ze všech dodnes známých jevů. Mnohé částice, které se dnes vědci pokoušejí nalézt v moderních urychlovačích, se mohou nacházet právě v kosmickém záření. Kosmické záření bylo objeveno v roce 1912 rakouským fyzikem Victorem Hessem při balónových experimentech ve výšce až 5 300 metrů. S rostoucí výškou stoupala ionizace atmosféry, a tím byl prokázán kosmický původ záření. Za objev získal Hess v roce 1936 Nobelovu cenu za fyziku.. V těchto experimentech byla nezávisle potvrzena nenulová hmotnost neutrin vedoucí na jejich oscilace. V roce 1991 se Barish stal profesorem na Caltechu a od roku 1994 fungoval jako vědecký pracovník rodícího se projektu LIGOLIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory, největší světový interferometr pro hledání gravitačních vln s délkou ramen 4 km. Postaveny jsou dva velké detektory stejného typu, jeden v Livingstonu a druhý v Hanfordu (USA). Oba velké přístroje doplňuje dvoukilometrový interferometr v Hanfordu. Uvažuje se o stavbě dalšího stroje v Indii. Frekvenční rozsah detektoru je od 10 Hz do 10 kHz. Detektor byl uveden do provozu v roce 2002. Od roku 2010 do roku 2015 probíhala kompletní rekonstrukce, jejímž cílem bylo výrazné zvýšení citlivosti přístroje. První přímá detekce gravitačních vln se podařila 14. září 2015. Do konce roku 2021 bylo zachyceno 90 průkazných signálů.. V roce 1997 byl jmenován ředitelem tohoto projektu. Za jeho ředitelování bylo LIGO nejen zprovozněno, ale vznikl i projekt na kompletní rekonstrukci detektoru (Advanced LIGO), která se nakonec uskutečnila v letech 2010 až 2015 a vedla v roce 2015 k objevu gravitačních vln. V letech 2005 až 2013 byl Barish ředitelem projektu mezinárodního lineárního urychlovače ILC. Je nositelem řady cen a členem mnoha vědeckých společností. V roce 2017 získal Nobelovu cenu za fyziku, a to za rozhodující podíl na stavbě detektoru LIGO a na detekci gravitačních vln. Spolu s Kipem Thornem je nositelem poloviny této ceny, druhou polovinu získal Reiner Weiss.

Barry Clark Barish (*1936)

Kip Stephen Thorne (*1940)

Americký teoretický fyzik, zabývá se teorií gravitace, astrofyzikou a kosmologií. Je expertem na aplikace obecné relativity v astrofyzikálních problémech, zabýval se například možností existence červích děr, které by mohly spojovat dvě různé oblasti časoprostoru. Studoval na Caltechu (bakalář v roce 1962) a v Princetonu (magistr v roce 1963, PhD v roce 1965 pod vedením Wheelera). V roce 1970 se stal profesorem na Caltechu. Thorne je pedagogem, který vychoval generace fyziků. Dlouhá léta spolupracoval se Stephenem Hawkingem a Carlem Saganem. Thorne napsal řadu populárních i odborných knih. Z populárních jmenujme alespoň Černé díry a zborcený čas (česky vyšlo v Mladé frontě v roce 2004). Z odborných jde především o jednu z nejvýznamnějších učebnic obecné relativity Misner, Thorne, Wheeler: Gravitation, která je v odborných kruzích nazývána podle počátečních jmen autorů MTW. Thorne se také podílel na scénářích některých scifi filmů. Kip Thorne je duchovním otcem interferometrických detektorů gravitačních vln, stál u zrodu detektorů MARK a LIGO. V roce 2017 získal Nobelovu cenu za fyziku, a to za rozhodující podíl na stavbě detektoru LIGO a na detekci gravitačních vln. Spolu s Barry Barrishem je nositelem poloviny této ceny, druhou polovinu získal Reiner Weiss.

Kip Stephen Thorne (*1940)

Budoucnost gravitačního okna

Otevření gravitačního okna je počátkem nové gravitační fyziky. Detektory typu LIGO mají maximální citlivost v oblasti stovek hertzů a nemají chlazená zrcadla. V současnosti se v Japonsku staví detektor KAGRA (KAmioka GRAvitational Wave Detector). Jde o detektor stejného typu jako je LIGO či VIRGO se dvěma kolmými rameny, která budou dlouhá tři kilometry. Detektor se buduje v podzemním tunelu (ten byl připraven v roce 2013) a jako první detektor tohoto druhu bude mít kryogenní (chladicí) systém. Se zprovozněním se dle plánu počítá v roce 2018, nicméně stavbu doprovází řada problémů a termíny se neustále posouvají. Detektor využije zkušenosti z 300 metrů dlouhého detektoru TAMA 300, který byl provozován v japonské Mitace (v blízkosti Tokia) od roku 1999 do roku 2008. Detektor KAGRA bude umístěn v blízkosti neutrinového detektoru Super-KamiokandeSuper-Kamiokande – japonská neutrinová observatoř z roku 1996 umístěná 1 000 m pod povrchem hory Ikeno ve starém zinkovém dole poblíž městečka Kamioka. Horniny nad detektorem jsou ekvivalentní 2 700 metrům vodního sloupce. Nádoba detektoru obsahuje 50 000 tun vody, na stěnách je 13 000 fotonásobičů, průměr nádoby je 40 metrů. Detektor detekuje Čerenkovovo záření elektronu nebo mionu vzniklého srážkou elektronového nebo mionového neutrina s neutronem. Z tvaru kužele Čerenkovova záření lze snadno odlišit elektronové a mionové neutrino. V průměru je zachyceno jedno atmosférické neutrino za hodinu a půl. V roce 1998 byl oznámen objev oscilací neutrin. V roce 2001 byl detektor vážně poškozen. Oprava trvala 5 let a stála 25 milionů USD.. V tomto místě je nyní testován malý kryogenní prototyp CLIO (Cryogenic Laser Interferometer Observatory) s rameny dlouhými 100 metrů a zrcadly chlazenými na teplotu 20 kelvinů. Detektor KAGRA se stane čtvrtým velkým detektorem gravitačních vln v pořadí (doplní stávající dva detektory LIGO a detektor VIRGO) a umožní detekovat gravitační vlny současně na třech kontinentech.

Existují ale i další způsoby detekce gravitačních vln. Sledují se signály z vybraných pulzarů (PTAPTA – Pulsar Timing Array, metoda detekce gravitačních vln za pomoci vyb­ra­ných pulzarů z naší Galaxie, jejichž signál se cestou k nám pohupuje na gravitačních vlnách, které ovlivní dobu příchodu jednotlivých pulzů. Signál je sledován sítěmi radioteleskopů. Tato metoda je testována od roku 2005 na australských radioteleskopech Parkers (Parkers PTA). Existuje i Evropské pole EPTA zahrnující například radioteleskopy Lovell, Effelsberg, Wersterbork a Nan­çay a Severoamerická nanohertzová observatoř NANOGrav. V roce 2023 bylo oznámeno mo6né zachycení gravitačních vln. Velký průlom se očekává po dostavbě obřího pole radioteleskopů SKA (Square Kilometer Array).), v nichž by se gravitační vlny mohly projevit (viz AB 42/2015), připravuje se obří vesmírný interferometr eLISALISA – Laser Interferometry Satellite Antenna, společný projekt ESA a NASA tří sond obíhajících kolem Slunce. Jejich cílem mělo být interferometrické měření gravitačních vln. Ramena interferometru (vzájemná vzdálenost sond) měla být dlouhá pět milionů kilometrů. Realizace se postupně odsouvala, v roce 2011 NASA konstatovala, že projekt nemůže z finančních důvodů uskutečnit. ESA v projektu pokračovala pod názvem NGO (New Gravitational Observatory), v roce 2012 ale byla dána přednost jinému velkému projektu JUICE (mise k Jupiteru). Poté byl projekt vzkříšen pod názvem eLISA (evolved LISA) s rameny interferometru dlouhými „jen“ milion kilometrů. V roce 2017 se opětovně přepracovaný projekt dostal do výběru velkých (L3, Large) misí Evropské kosmické agentury pod původním názvem LISA. Finální délka ramen interferometru bude 2,5 milionu kilometrů. Start je plánován na rok 2034. (viz AB 22/2017) a hledá se podpis reliktních gravitačních vln v reliktním záření. Gravitační vlny jsou dalším nástrojem k pozorování jevů ve vesmíru a před našima očima se stávají součástí observační astronomie.

Aldebaran u detektorů VIRGO (nahoře) a LIGO (dole)

Odkazy