M. Prouza: Měsíc by mohl fungovat jako anténa pro gravitační vlny

Obor detekce gravitačních vln se bouřlivě rozvíjí. Od prvního přímého pozorování gravitačních vln v roce 2015 jsme už pozorovali asi 300 různých astrofyzikálních zdrojů. Pro splývání černých děr i neutronových hvězd máme hotové detailní modely, jiné zdroje jsou pořád záhadnější. V přednášce se proto pokusím odpovědět na následující otázky: Dokážeme v gravitačních vlnách pozorovat aspoň některé typy supernov? Co víme o černých dírách středních hmotností a co o černých veledírách a jejich signálech? A jak souvisí fázové přechody v raném vesmíru s možnou populací prvotních nebo též primordiálních černých děr? Kromě tradičních pozemních laserových interferometrů, jako je LIGO, Virgo a KAGRA, v přednášce podrobněji představím i budoucí evropský podzemní Einsteinův teleskop a kosmický interferometr LISA včetně českého podílu na těchto velkolepých projektech. První výsledky již přinesly radioastronomické analýzy časování sítě pulzarů a rozvíjejí se nové metody laboratorního měření gravitačních vln, s nimiž vás také seznámím. KAPITOLY 0:00 Úvod 4:42 Přivítání a představení Michaela Prouzy 10:23 Co jsou gravitační vlny a proč se tak těžko měří 16:11 Od Weberových válců k laserovým interferometrům 19:33 První přímá detekce a zrod gravitační astronomie 22:07 Neutronové hvězdy a multimessenger astronomie 25:14 Jaké zdroje gravitačních vln známe – a které teprve hledáme 29:43 Primordiální černé díry, kosmické struny a raný vesmír 42:30 Detektory pro různé frekvence 43:22 LISA: gravitační observatoř ve vesmíru 48:00 Reliktní záření a časování pulzarů 52:09 Záhada černých děr střední hmotnosti 53:26 Jak fungují LIGO, Virgo a KAGRA 58:49 Stolní detektory a hledání nové fyziky 1:00:41 Einsteinův teleskop: další generace detektorů 1:05:49 Kde by mohl Einsteinův teleskop stát 1:14:36 Shrnutí přednášky 1:19:05 Diskuse a dotazy 1:19:05 Proč jsme viděli jen jedno splynutí neutronových hvězd? 1:20:05 Kolik hmoty se při splynutí vyzáří jako gravitační vlny 1:23:45 Jak poznáme neutronovou hvězdu od černé díry 1:27:44 Skončí vesmír v jedné obří černé díře? 1:32:54 Mohou existovat mikroskopické černé díry? 1:34:01 Je náš vesmír uvnitř černé díry? 1:37:03 Jak pravděpodobná je opravdu blízká událost? 1:39:14 Hawkingovo záření a zachování informace 1:41:01 Závěr Gravitační vlny jsou deformace samotného časoprostoru. Když k Zemi dorazí signál ze splynutí dvou černých děr, změní čtyřkilometrové rameno detektoru LIGO o vzdálenost mnohem menší než proton. Přesto dnes takových kosmických událostí známe stovky – a další generace detektorů má otevřít úplně nové části vesmíru. V přednášce se mimo jiné dozvíte: • co gravitační vlna fyzikálně je a proč její detekce vyžaduje měřit relativní změny délky řádu 10⁻²¹; • jak se od rezonančních Weberových válců přešlo k laserovým interferometrům a proč první přímá detekce přišla až v roce 2015; • jak vypadá signál splynutí dvou černých děr a co z jeho průběhu dokážeme zjistit o hmotnostech a výsledném objektu; • proč bylo splynutí neutronových hvězd GW170817 mimořádné a jak spojilo gravitační vlny s elektromagnetickým pozorováním do multimessenger astronomie; • proč různé zdroje vyzařují v různých frekvenčních pásmech a proč proto potřebujeme několik zcela odlišných typů detektorů; • co nám mohou prozradit sítě přesně časovaných pulzarů o dvojicích superhmotných černých děr v centrech galaxií; • jak má fungovat kosmický interferometr LISA tvořený třemi družicemi vzdálenými miliony kilometrů; • proč dosud prakticky neznáme černé díry středních hmotností a jak by je mohly budoucí detektory odhalit; • co jsou primordiální černé díry, proč se o nich uvažuje v souvislosti s temnou hmotou a jak do hry vstupuje Hawkingovo vypařování; • zda mohou gravitační vlny nést informace o fázových přechodech nebo dalších procesech z úplného počátku vesmíru; • jak fungují LIGO, Virgo a KAGRA a proč je nutné potlačit seizmický, tepelný, newtonovský i kvantový šum; • proč se testují také laboratorní vysokofrekvenční detektory, přestože vůbec nevíme, zda v jejich pásmu existují reálné zdroje; • čím má být Einsteinův teleskop zhruba desetkrát citlivější než současné detektory a proč by tím získal přístup k mnohonásobně většímu objemu vesmíru; • proč má být nový evropský detektor pod zemí, s kryogenními zrcadly a mnohakilometrovými rameny; • kde jsou kandidátská místa pro jeho stavbu a proč se řeší nejen geologie a seizmický klid, ale i cena tunelů a geometrie celé observatoře; • a jak se na projektech LISA a Einstein Telescope může podílet česká věda. Diskuse pokračuje otázkami o tom, kolik energie při splynutí černých děr odnášejí gravitační vlny, zda mohou existovat kvarkové nebo mikroskopické černé díry, proč nečekáme budoucnost, ve které všechny černé díry splynou do jediné, nebo co si počít s hypotézou, že by celý náš vesmír mohl být uvnitř černé díry. #gravitačnívlny #astrofyzika #černédíry