Jahitakse gravitatsioonivirvendusi

Gravitatsioonilained on üks põnevamaid saake, mida astronoomid juba sadakond aastat jahivad. Arvestatavad katsed nende kinnipüüdmiseks algasid 40 aasta eest. Nüüd on Lancasteri ülikooli teadlased tulnud lagedale ideega kasutada gravitatsioonilainete nägemiseks hiiglaslikke kosmoses hõljuvaid nanotorusid.

KÕIKSUSE ALGUSEST PÄRIT. Universum võib olla täidetud gravitatsioonilise taustkiirgusega, mis on tekkinud Suure Paugu ajal toimunud kataklüsmidest, aga ka galaktikate moodustumise ajastul. Kuid kui näiteks footoni laineomadused on möödunud sajandi alul ära mõõdetud, siis gravitatsiooniosakesi ega laineid pole siiani õnnestunud mõõta.

Gravitatsioonilaine välkeid võivad tekitada supernoovade plahvatused, kahe neutrontähe põrked või tähed, mis meie enda Linnutee keskmes asuvate mustade aukude ümber tiirlevad.

Gravitatsioonil on kaks põhilist omadust. Esiteks tõukab see asju tasakaalust eemale, mitte tasakaalu poole. Kui gravitatsiooniväljas keha energiat kaotab, muutub see kuumemaks. Nii näiteks kiireneb Maa tehiskaaslane, kui vananedes mööda spiraali alla Maa poole liigub.

Ülinõrgad lained. Teine gravitatsiooni oluline omadus on selle nõrkus. Meie universum on suur ja hajus ning areneb aeglaselt just seetõttu, et gravitatsioon on nii nõrk. See võimaldab tähtede sees raskeid elemente küpsetada ja seega ka planeetidele ning elule aluse panna.

Kui gravitatsioonilaine keha läbib, paneb ta selle võnkuma. Kuid kosmosest tulev gravitatsioonilaine võib näiteks ühekilomeetrilise keha pikkust Maal muuta vaid ühe aatomi läbimõõdu jagu.

Esimese katse gravitatsioonilaine kinni püüda tegi 1960. aastatel Marylandi ülikooli teadlane Joseph Weber. Te ehitas andurid, mis asusid suurte alumiiniumsilindrite ümber. Lootus oli, et andurid registreerivad silindri vibratsiooni. Kuid 20-aastane töö läks luhta – gravitatsioonilained on liiga nõrgad, et neid vaid 4,8-tonnise alumiiniumsilindriga kinni püüda.

Gravitatsioonilainete määramise teeb raskeks ka tavaline vibratsioonimüra, mis andureid mõjutab ja seeläbi vajalikke andmeid varjutab.

ANDURID KOSMOSESSE. Nüüd on gravitatsioonilainete kinnipüüdmiseks välja pakutud mitmeid kavalaid ja kalleid võimalusi. Mõõtmine püütakse viia Maalt eemale.

Kujutlege veidraid moodustisi, mis meenutavad silmuseid, spiraale ja lõngakerasid. Kuid mille mõõtmeid ei mõõdeta mitte sentimeetrites, vaid kilomeetrites.

Lancasteri ülikooli teadlane Robrt Tucker on oma kolleegidega välja pakkunud just selliste struktuuride rakendamist. Kui gravitatsioonilained mööda lendavad, muudavad nad ruumi kuju, seda kas venitades või kokku surudes. Kui ette satub tahke keha, hakkab seegi oma kuju muutma. Tuckeri idee seisneb saledate kehade kasutamises.

Silmus võiks olla kitsaribaline detektor, mis mõõdab vaid kindla lainepikkusega laineid, tasapinnaline spiraal aga laiaribaline detektor. Mõlemad need on väga suunatundlikud nagu teleantennid. Kuid lõngakera mõõ-daks lained, sõltumata sellest, kustpoolt need välja ilmuvad.

Sellised antennid oleksid mõnekilomeetrise läbimõõduga ning sellest hoolimata muutuksid nende mõõtmed gravitatsioonilaine mõjul vaid aatomi läbimõõdu murdosa võrra.

Nii tillukeste muutuste mõõt-mine pole just lihtne. Tucker on pakkunud välja idee, et antennid hõljuksid kosmoses ning nende kõrval võiks lennata kosmoselaev, mis sellelt raadiolaineid peegeldab ja seeläbi antenni mõõtmete muutumist määrab. Antennid ise võiksid olla valmistatud sentimeetrise läbimõõduga voolikust, mis koosneks nanotorudest. Vooliku saaks välja lasta kosmoselaevast nagu hambapasta selle tuubist.

LASERID APPI. Tuckeri idee pole ainus. NASA ja Euroopa Kosmoseagentuur ESA plaanivad hoopis teistlaadset eksperimenti. Kavas on üles saata interferomeetriline laserantenn.

Kolme kosmoselaeva ühendaksid laserkiired, mida mööduvad gravitatsioonilained mõjustaksid, muutes kiirte teed. Muutus registreeritakse anduritega (vt graafik). Selline seade on kavas üles lennutada 2011. aastal.

Selline interferomeeter mõõ-daks gravitatsioonilaineid, mis saabuvad mõnesaja miljoni valgusaasta kauguselt ning isegi siis oleks oodatav sagedus, et mõne supernoova plahvatusel tekkinud laine detektori läbib, kord aastas.

Kuigi gravitatsioon on kümme astmes 40 korda nõrgem kui elektromagnetiline kiirgus, ei jäta astronoomid jonni. Raskusjõu lainete mõõtmine on selleks liiga ahvatlev. Raskusjõu kaotamisest, kaalutuks muutumisest võis unistada ka Newton, kui talle legendi kohaselt õun pähe kukkus.

Allikad: John Gribbin, Martin Rees, The Stuff of the Universe;

New Scientist, Scientific American.