Gravitacijski valovi nastali spajanjem supermasivnih crnih rupa mogli bi imati mjerljiv učinak na Zemljin prirodni satelit, premda udaljeni desecima tisuća svjetlosnih godina.
Godine 2020. Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je Andrei Ghez i Reinhardu Genzelu za potvrdu postojanja masivne crne rupe Strijelac A* (Sgr A*) u središtu galaksije, naše Mliječne staze. Gibanje zvijezda koje se kreću brzinama od nekoliko posto brzine svjetlosti, na udaljenostima usporedivima s Plutonovom orbitom, upućuje na to da Sgr A* ima masu jednaku četiri milijuna Sunaca.
U svojim ranim fazama, Mliječna staza hranila je tu crnu rupu plinom i zvijezdama, čime je ona rasla. Osim toga, crna rupa u središtu galaksije se povećavala i spajanjem s manjim crnim rupama, osobito tijekom procesa u kojem je jezgra galaksije proždirala manje susjedne galaksije. No postavlja se pitanje: jesu li ti “probavni procesi” Mliječne staze ostavili posljedice u našem kozmičkom susjedstvu, blizu Zemlje?
Jednostavna astrofizička procjena pokazuje da je, tijekom najburnijih faza akrecije plina, protok rendgenskog zračenja iz crne rupe mogao dosegnuti razinu kakvu Zemlja inače prima od Sunca. No posljednjih dvjesto godina Strijelac A* gotovo da ne pokazuje aktivnost, sjaji u rendgenskom spektru s manje od milijuntog dijela svoje maksimalne jačine. Ako je danas tako tih i slab izvor zračenja, bismo li uopće primijetili da se dvije nevidljive crne rupe sudare u samom srcu naše galaksije?
Gravitacijski valovi i pomak Mjeseca
U znanstvenom radu objavljenom 2022. godine, profesor Avi Loeb pokazao je da bi spajanje masivnih crnih rupa u galaktičkom središtu moglo trajno pomaknuti Mjesec za djelić milimetra od Zemlje. Takav bi sudar proizveo ogromnu količinu energije, približno desetinu mase milijuna Sunaca sadržanih u tim crnim rupama, u obliku impulsa gravitacijskih valova koji bi trajao kraće od nekoliko sekundi. Taj bi impuls putovao više od jedne sekunde da bi prešao udaljenost između Zemlje i Mjeseca.
Budući da gravitacijski val do Mjeseca stiže tek djelić sekunde nakon što prođe Zemlju, oba tijela osjećaju njegov vrhunac u različito vrijeme. Taj kratki nesklad dovoljan je da na trenutak oslabi gravitacijska veza između njih. Tijekom prolaska vala, Zemlja na Mjesec privlači nešto slabije nego inače, što ga uzrokuje da se neznatno udalji. Iako se sve odvija u samo nekoliko sekundi, taj pomak ostaje trajno zapisan u Mjesečevoj orbiti.
Također je moguće pokazati da gravitacijski val ostavlja trajan trag u samom tkivu prostor-vremena, nevidljivi “ožiljak” koji ostaje i nakon što val prođe. Taj su fenomen prvi opisali fizičari Yakov Zel’dovich i Aleksandar Polnarev još 1974. godine, a kasnije je postao poznat kao učinak memorije gravitacijskih valova (gravitational wave memory effect).
Detekcija sitnih pomaka zahvaljujući laserima
Iako je riječ o pomaku manjim od milimetra, učinak memorije gravitacijskih valova ostaje zabilježen u orbiti Mjeseca. No unatoč toj mikroskopskoj veličini, takav se pomak može detektirati pomoću laserskog sustava za precizno mjerenje udaljenosti između Zemlje i Mjeseca.
Još krajem 1960-ih, tijekom misija Apollo 11, 14 i 15 te sovjetskih misija Lunokhod 1 i 2, na Mjesečevoj površini postavljeni su retroreflektori, uređaji koji laserski snop vraćaju natrag prema izvoru. Upravo zahvaljujući njima razvijen je laserski sustav za mjerenje udaljenosti do Mjeseca (Lunar Ranging), koji se do danas koristi za precizno praćenje Mjesečeve orbite. Sustav povremeno šalje laserske impulse prema Mjesecu i mjeri vrijeme njihova povratka, registrirajući i najmanje promjene u udaljenosti između dvaju tijela.
Tijekom godina, upravo je ovaj sustav omogućio neka od najpreciznijih testiranja Einsteinove teorije opće relativnosti. Nakon što se matematički uklone sve prirodne varijacije uzrokovane plimnim silama, preostaje čisti signal. A analiza profesora Avija Loeba pokazuje da se taj isti sustav može iskoristiti i za detekciju gravitacijskih valova koje bi proizvelo spajanje supermasivnih crnih rupa u središtu Mliječne staze.
Podsjetimo, 2017. godine Nobelovu nagradu za fiziku dobili su Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne upravo za detekciju gravitacijskih valova, nastalih prilikom spajanja manjih crnih rupa koje su se formirale urušavanjem masivnih zvijezda. Otkrio ih je interferometar LIGO.
Zanimljivo je da bi dvije crne rupe mase polovice Strijelca A*, ako se nalaze na udaljenosti jednakoj udaljenosti Jupitera od Sunca (oko 780 milijuna kilometara), mogle sudariti unutar samo deset godina. Najbliže zvijezde oko Strijelca A* nalaze se mnogo dalje, što znači da ne možemo isključiti postojanje takvog kompaktnog binarnog sustava.
Još je zapanjujuće to što bi gravitacijski val iz samog središta galaksije mogao pomaknuti Mjesec za količinu dovoljnu da je instrumenti na Zemlji mogu zabilježiti, i to u djeliću sekunde. Taj pomak nastaje unatoč činjenici da Mjesec ima masu veću od 70 milijuna milijardi tona, što je više nego 80 puta masa svih oceana na Zemlji zajedno. Pomaknuti takvu masu nije sitnica.
Za to je potrebna golema sila, ona koja drži planete na okupu, oblikuje galaksije i ispisuje strukturu svemira. To je gravitacija: temeljna, neizbježna sila prirode. Bez nje ne bi bilo ničega. A svemir bez gravitacije bio bi beživotan, neorganiziran i zastrašujuće prazan.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
