W Belgii szykują się do instalacji najnowocześniejszego teleskopu świata. Nie takiego do patrzenia w niebo, lecz do mierzenia drgań wywoływanych przez gwiazdy oraz czarne dziury.
Jest realna szansa, że na styku Belgii, Holandii i Niemiec powstanie Teleskop Einsteina, pozwalający na obserwację fal grawitacyjnych i odsłanianie kolejnych tajemnic kosmosu.
— Gdy studiowałem, profesorowie tłumaczyli teorię fal grawitacyjnych i od razu dodawali, że to tylko teoria. Nie śniło im się, że kiedykolwiek uda się ją potwierdzić w praktyce — mówi mi znajomy, dziś sam profesor fizyki na KU Leuven. Ten tekst powstał zresztą pod jego opieką merytoryczną, bo opowiada o zjawiskach, w obliczu których ja zupełnie tracę rezon.
Najłatwiej wyobrazić sobie samą konstrukcję, która ostatecznie stanie na granicy Belgii albo na terenie niemieckich Łużyc albo na Sardynii. Ma ona kształt trójkątnego tunelu z ramionami o długości 10 kilometrów, przekroju 10 metrów i wkopanych prawie 300 metrów pod ziemią. Ta głębokość ma izolować wibracje z otoczenia.
W tunelu zainstalowany będzie zaawansowany system luster do odbijania i pomiaru promieni laserowych. Wszystko z dokładnością co do atomu, więc i lustra muszą być nieskazitelnie płaskie. Mówimy tu o obserwatorium (tzw. interferometrze) trzeciej generacji, dziesięciokrotnie czulszym niż obecne detektory fal grawitacyjnych. One wykrywają kilkadziesiąt kosmicznych zdarzeń na rok. Po Teleskopie Einsteina spodziewać się można dziesiątek tysięcy i dotarcia do epoki pierwszych gwiazd. Niektórzy twierdzą, że uda się sięgnąć aż do Wielkiego Wybuchu, co byłoby symbolicznym powrotem do Belgii, gdzie to jego hipotezę po raz pierwszy wysunął ksiądz i fizyk Georges Lemaître.
Właściwie to określenie „teleskop” jest zwodnicze, bo podobnie jako obecne detektory, będzie on raczej „słuchał” wszechświata niż na niego „patrzył”. Zarejestrowane drgania czasoprzestrzeni można przekształcić na sygnały dźwiękowe, takie charakterystyczne… ćwierknięcia.
Teraz zaczyna się wyższa szkoła jazdy. Albert Einstein przewidział istnienie fal grawitacyjnych ponad sto lat temu. Jego ogólna teoria względności opisuje przestrzeń i czas jako jedną spójną czterowymiarową całość. Całość, która się rozszerza, wygina, odkształca i wibruje. To wymaga jednak niewyobrażalnie dużej ilości energii.
Fale grawitacyjne można porównać do fal na powierzchni napiętej trampoliny, na której skaczą dzieci. Powstają, gdy masywne obiekty ulegają gwałtownym przyspieszeniom. Przykładami takich zjawisk są supernowe, czyli eksplozje umierających gwiazd, lub kilonowe, czyli zderzenia gwiazd neutronowych ze sobą lub z czarną dziurą. Te spektakularne zdarzenia uwalniają ogromne ilości energii, cząstek, światła oraz fal grawitacyjnych, które rozchodzą się we wszystkich kierunkach we wszechświecie. Nawiasem mówiąc, gwiazdy neutronowe, czyli pozostałości po eksplodujących gwiazdach stanowią najgęstszą (znaną) materię. Ich masa to zazwyczaj kilkakrotność masy Słońca.
Jako pierwsze zaobserwowało fale grawitacyjne LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, w Stanach Zjednoczonych w 2015 r. Pierwsze zarejestrowane „ćwierknięcie” pozwoliło spojrzeć na ciała niebieskie z zupełnie nowej perspektywy. Fizycy porównują odkrycie z przełomem, jakim stała się obserwacja gwiazd w spektrum podczerwieni, umożliwiająca zaglądanie za zasłaniające je chmury pyłu, mierzenie ich temperatury i badanie najwcześniejszych i najodleglejszych galaktyk.
Analiza fal grawitacyjnych solidnie wspiera hipotezę o pochodzeniu metali ciężkich. Wybuch supernowej czy fuzja – zwana też pożeraniem się – gwiazd neutronowych należą do najgorętszych środowisk, jakie jesteśmy w stanie sobie wyobrazić (o ile w ogóle jesteśmy). W takich warunkach powstają m.in. pierwiastki złota. Od niedawna wiemy, że procesy te zachodzą częściej niż nam się wcześniej wydawało.
Teleskop Einsteina niesie ze sobą obietnicę odpowiedzi na pytania o początki uniwersum. Będzie zbierał kosmologiczne dowody na niespotykanym dotąd poziomie dokładności. Danych będzie też nieporównywalnie więcej i głównym zmartwieniem może okazać się znalezienie odpowiedniej liczby ekspertów do ich analizy. Lub przynajmniej do przeszkolenia agentów sztucznej inteligencji, które miałyby ich wyręczać.
Gwoli jasności, zanim fale grawitacyjne dotrą do Ziemi, to praktycznie zanikają i nie mają wpływu na naszą codzienność. W przeciwieństwie do promieniowania elektromagnetycznego przechodzą przez materię niemal bez zakłóceń. Czymże jest jednak proza życia, gdy na szali waży się wyeliminowanie dotychczasowych lub sformułowanie nowych teorii wszechświata.
Teleskop może dowieść na przykład istnienia makaronu jądrowego. Według symulacji i modeli pod powierzchnią gwiazd neutronowych materia przybiera najpierw kształt gnocchi, nieco głębiej spaghetti, a jeszcze później lasagne, czyli układa się w warstwy. Struktury te są mikroskopijne, ale ich właściwości mogą wpływać na zachowanie całej gwiazdy, jej chłodzenie czy emisję fal grawitacyjnych.
Ostateczna decyzja o miejscu instalacji Teleskopu Einsteina ma zapaść w bieżącym lub przyszłym roku, choć wcześniej była już planowana i na 2021, i na 2025 r. Pod względem sejsmologicznym najkorzystniejsze warunki oferuje Sardynia, na Łużycach snują wielkie plany rewitalizacji podupadłego ekonomicznie regionu, natomiast na korzyść belgijsko-holendersko-niemieckiej oferty przemawia istniejąca infrastruktura. Zresztą to właśnie na Uniwersytecie w Maastricht działa ETpathfinder – centrum testowe dla technologii przyszłego teleskopu.
Koszt budowy tuneli i laboratoriów szacowany jest na co najmniej dwa miliardy euro. Nie lada to gratka dla firm, które będą lały pod ziemię setki tysięcy ton cementu. Ciężko równocześnie oszacować prestiż posiadania takiego ośrodka badawczego i potencjał mnożenia się spin-offów. Dla fizyków Teleskop Einsteina wyznaczy nowe ścieżki kariery. Dla reszty śmiertelników może wydawać się kosmiczną abstrakcją, ale, czy te chcą czy nie, dostarczy im argumentów w kwestii zasadniczej: skąd się wzięliśmy.
