Když vědci zkoumají vesmír, typicky využívají elektromagnetické vlny, tedy světlo. Problém je, že tak dokáží dohlédnout jen do určité dálky. V roce 2015 ale astronomové potvrdili existenci gravitačních vln, pro které takové omezení neplatí. Mohou tedy dohlédnout mnohem dál. Podobně jako světlo i tyto vlny mají svoje frekvence. Lidská technologie dokáže zachytit jen část takového spektra a velmi dlouhé vlnové délky tak vědcům dlouho unikaly. Až doteď. Nyní si výzkumníci myslí, že po patnáctiletém pozorování právě velmi staré vlny objevili, což jim může otevřít nové okno do těch nejstarších období vesmíru.

Gravitační vlny jsou zakřivení času a prostoru, které předpověděl Albert Einstein před více než sto lety. Spustí je třeba bouřlivé události ve vesmíru jako exploze hvězd nebo srážka černých děr. Poprvé však vědci jejich existenci potvrdili až v roce 2015. Tehdy se to podařilo americkému detektoru Ligo. Za počin badatelé o dva roky později získali Nobelovu cenu za fyziku a od té doby je téma jedním z nejžhavějších v astronomii. Přístroj Ligo ale dokáže registrovat vlny jen do určité velikosti. Ty větší, s pomalejším kmitočtem, který může trvat od jednoho roku po celou dekádu, nezachytí.

Většina gravitačních vln, o nichž astronomové dnes ví, tak pochází z dvojic srážejících se černých děr do určité velikosti. Takové vlny totiž mají dostatečně vysoký, a tedy rychlý, kmitočet. Pro ukázku lze použít hudební příměr. Vlny s vysokou frekvencí si představte jako zvuk činelů nebo houslí, nástrojů s relativně vysokou frekvencí, vysvětluje Robert Lea ze serveru Space. O existenci vln s naopak velmi nízkou frekvencí, tedy jakéhosi basového orchestru, se dlouho spekulovalo, chyběl ale kvalitní důkaz.

Vědci ze Severoamerické observatoře pro gravitační vlny (NANOGrav) na konci června objevili dosud nejnadějnější náznak tohoto jevu. Zaznamenání takzvaného pozadí gravitačních vln, tedy vlnění s velmi hlubokou frekvencí, si však žádalo experiment galaktických rozměrů, a to doslova. Astronomové totiž tento basový orchestr zachytili díky senzoru, který měří pravidelné pulzování mrtvých hvězd zvaných příznačně pulzary. Zachycení ještě čeká na oficiální potvrzení. Vědci z International Pulsar Timing Array, kteří gravitační vlny zkoumají, jsou ale vzhledem k předběžnému pozorování optimističtí.

Technika pozorování Pulsar Timing Array využívá velmi pravidelného signálu, který pulzary vysílají, a všímá si případných miniaturních odchylek, za které, jak vědci předpokládají, mohou gravitační vlny. „To je také jeden z důvodů, proč výzkum trvá tak dlouho,“ vysvětluje pro Scientific American Jeff Hazboun, profesor z Oregon State University, který se na objevu podílel. „Začátek našeho přístroje je zde na Zemi, ale končí v podstatě u zmíněných pulzarů, které jsou zhruba tři tisíce světelných let daleko,“ dodává.

Výsledky patnáct let trvajícího pozorování pulzarů zveřejnily hned čtyři spolupracující týmy vědců. Za tu dobu totiž nashromáždily obrovské množství dat. „Nenašli jsme totiž jen jeden signál, je to zhruba sto tisíc, možná až milion srážejících se dvojic supermasivních černých děr, které všechny najednou vytvářejí symfonii zvuku o velmi nízkých frekvencích,“ říká Chiara Mingarelli, astrofyzička z George Mason University. „Pozadí gravitačních vln je asi dvakrát hlasitější, než jsme očekávali,“ vysvětluje.

Obtížně zachytitelný jev může poskytnout první pohled na supermasivní černé díry z raného období vesmíru vzdálené od Země zhruba deset miliard světelných let, právě ony by tak velké gravitační vlny podle vědců měly vytvářet. Pokud se nález potvrdí, mohl by poodhalit odpovědi na některé nezodpovězené otázky, třeba o vzniku a vývoji galaxií. Objev také otevírá nové možnosti výzkumu vesmíru, zejména jeho raných fázích, dokonce i samotného velkého třesku. Práce astrofyziků tak zdaleka nekončí, spíše naopak. „Potvrdit zdroj těchto vln, to nám zabere nejméně dalších pět let,“ říká Mingarelli. Je totiž třeba oddělit šum od signálu. Zachycené vlnění navíc může být důsledkem i nedostatků vědeckého experimentu.