11 lutego 2016 roku międzynarodowa grupa naukowców, w tym z Rosji, na konferencji prasowej w Waszyngtonie ogłosiła odkrycie, które prędzej czy później zmieni rozwój cywilizacji. W praktyce możliwe było udowodnienie istnienia fal grawitacyjnych czy fal czasoprzestrzeni. Ich istnienie przepowiedział 100 lat temu Albert Einstein w swoim.
Nikt nie wątpi, że to odkrycie zostanie nagrodzone nagroda Nobla. Naukowcy nie spieszą się z mówieniem na ten temat praktyczne zastosowanie. Przypominają jednak, że do niedawna ludzkość również nie wiedziała, co ze sobą zrobić fale elektromagnetyczne, co ostatecznie doprowadziło do prawdziwej rewolucji naukowo-technologicznej.
Czym w skrócie są fale grawitacyjne
Grawitacja i uniwersalna grawitacja- To jest to samo. Fale grawitacyjne są jednym z rozwiązań OTS. Muszą rozprzestrzeniać się z prędkością światła. Jest emitowany przez każde ciało poruszające się ze zmiennym przyspieszeniem.
Przykładowo obraca się po swojej orbicie ze zmiennym przyspieszeniem skierowanym w stronę gwiazdy. I to przyspieszenie ciągle się zmienia. Układ Słoneczny emituje energię rzędu kilku kilowatów w postaci fal grawitacyjnych. To niewielka ilość, porównywalna do 3 starych telewizorów kolorowych.
Inną rzeczą są dwa pulsary krążące wokół siebie ( gwiazdy neutronowe S). Obracają się po bardzo bliskich orbitach. Taką „parę” odkryli astrofizycy i zaobserwowali przez długi czas. Obiekty były gotowe spaść na siebie, co pośrednio wskazywało, że pulsary emitują fale czasoprzestrzenne, czyli energię w swoim polu.
Grawitacja to siła grawitacji. Jesteśmy przyciągani do ziemi. A istotą fali grawitacyjnej jest zmiana tego pola, które gdy do nas dociera, jest niezwykle słabe. Weźmy na przykład poziom wody w zbiorniku. Napięcie pole grawitacyjne— przyspieszenie swobodny spadek w konkretnym punkcie. Fala przepływa przez nasz staw i nagle przyspieszenie swobodnego spadania zmienia się, tylko trochę.
Takie eksperymenty rozpoczęły się w latach 60. ubiegłego wieku. W tym czasie wymyślili coś takiego: zawiesili ogromny aluminiowy cylinder, chłodzony, aby uniknąć wewnętrznych wahań termicznych. I czekali, aż fala ze zderzenia np. dwóch masywnych czarnych dziur nagle do nas dotrze. Naukowcy byli pełni entuzjazmu i powiedzieli, że wszystko Ziemia mogą doświadczyć skutków fali grawitacyjnej przybywającej z kosmosu. Planeta zacznie wibrować i będzie można badać fale sejsmiczne (kompresję, ścinanie i fale powierzchniowe).
Ważny artykuł na temat urządzenia w prostym języku oraz jak Amerykanie i LIGO ukradli pomysł radzieckim naukowcom i zbudowali introferometry, które umożliwiły odkrycie. Nikt o tym nie mówi, wszyscy milczą!
Nawiasem mówiąc, promieniowanie grawitacyjne jest bardziej interesujące z pozycji kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które próbują znaleźć, zmieniając widmo promieniowanie elektromagnetyczne. CMB i promieniowanie elektromagnetyczne pojawiły się 700 tysięcy lat później wielki wybuch, następnie w procesie ekspansji wszechświata, wypełniony gorącym gazem z biegiem fale uderzeniowe, które później zamieniły się w galaktyki. W tym przypadku naturalnie powinna zostać wyemitowana gigantyczna, zadziwiająca liczba fal czasoprzestrzennych, wpływających na długość fali kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które w tamtym czasie było jeszcze optyczne. Rosyjski astrofizyk Sazhin pisze i regularnie publikuje artykuły na ten temat.
Błędna interpretacja odkrycia fal grawitacyjnych
„Wisi lustro, działa na nie fala grawitacyjna i zaczyna oscylować. I nawet najbardziej nieznaczne wahania amplitudy mniejszy rozmiar jądro atomowe są zauważane przez instrumenty” – taką błędną interpretację zastosowano na przykład w artykule w Wikipedii. Nie bądź leniwy, znajdź artykuł radzieckich naukowców z 1962 roku.
Po pierwsze, lustro musi być masywne, aby można było wyczuć „fale”. Po drugie, należy go schłodzić prawie do zera absolutnego (Kelwina), aby uniknąć własnych wahań termicznych. Najprawdopodobniej nie tylko w XXI wieku, ale w ogóle nigdy nie będzie możliwe wykrycie cząstki elementarnej - nośnika fal grawitacyjnych:
Walentin Nikołajewicz Rudenko dzieli się historią swojej wizyty w mieście Cascina (Włochy), gdzie spędził tydzień na dopiero co zbudowanej „antenie grawitacyjnej” – interferometrze optycznym Michelsona. W drodze do celu taksówkarz pyta, po co zbudowano instalację. „Ludzie myślą, że chodzi o rozmowę z Bogiem” – przyznaje kierowca.
– Czym są fale grawitacyjne?
– Fala grawitacyjna jest jednym z „nośników informacji astrofizycznej”. Istnieją widoczne kanały informacji astrofizycznej, szczególną rolę w „widzeniu na odległość” odgrywają teleskopy. Astronomowie opanowali także kanały o niskiej częstotliwości – mikrofalowe i podczerwone oraz kanały o wysokiej częstotliwości – rentgenowskie i gamma. Oprócz promieniowania elektromagnetycznego możemy wykryć strumienie cząstek z kosmosu. W tym celu wykorzystuje się teleskopy neutrinowe – wielkogabarytowe detektory neutrin kosmicznych – cząstek, które słabo oddziałują z materią i dlatego są trudne do zarejestrowania. Prawie wszystkie teoretycznie przewidywane i badane laboratoryjnie typy „nośników informacji astrofizycznej” zostały niezawodnie opanowane w praktyce. Wyjątkiem była grawitacja – jak najbardziej słaba interakcja w mikrokosmosie i najbardziej Potężna siła w makrokosmosie.
Grawitacja to geometria. Fale grawitacyjne to fale geometryczne, to znaczy fale, które zmieniają geometryczne właściwości przestrzeni, gdy przechodzą przez nią. Z grubsza mówiąc, są to fale deformujące przestrzeń. Odkształcenie to względna zmiana odległości między dwoma punktami. Promieniowanie grawitacyjne różni się od wszystkich innych rodzajów promieniowania właśnie tym, że jest geometryczne.
– Czy Einstein przewidział fale grawitacyjne?
– Formalnie uważa się, że fale grawitacyjne zostały przewidziane przez Einsteina jako jedna z konsekwencji jego ogólnej teorii względności, jednak w rzeczywistości ich istnienie staje się oczywiste już w szczególnej teorii względności.
Teoria względności sugeruje, że z powodu przyciąganie grawitacyjne możliwe jest zapadnięcie się grawitacyjne, czyli skurczenie się obiektu w wyniku zapadnięcia się, z grubsza mówiąc, do pewnego punktu. Grawitacja jest wówczas tak silna, że nawet światło nie może z niej uciec, dlatego taki obiekt w przenośni nazywany jest czarną dziurą.
– Jaka jest osobliwość oddziaływanie grawitacyjne?
Cechą oddziaływania grawitacyjnego jest zasada równoważności. Zgodnie z nią reakcja dynamiczna ciała badawczego w polu grawitacyjnym nie zależy od masy tego ciała. Krótko mówiąc, wszystkie ciała spadają z tym samym przyspieszeniem.
Oddziaływanie grawitacyjne jest najsłabszym, jakie znamy dzisiaj.
– Kto jako pierwszy próbował złapać falę grawitacyjną?
– Eksperyment z falą grawitacyjną jako pierwszy przeprowadził Joseph Weber z Uniwersytetu Maryland (USA). Stworzył detektor grawitacyjny, który obecnie znajduje się w Smithsonian Museum w Waszyngtonie. W latach 1968-1972 Joe Weber przeprowadził serię obserwacji na parze przestrzennie oddzielonych detektorów, próbując wyizolować przypadki „zbiegów okoliczności”. Technika koincydencji została zapożyczona z Fizyka nuklearna. Niski znaczenie statystyczne sygnały grawitacyjne odebrane przez Webera wywołały krytyczne podejście do wyników eksperymentu: nie było pewności, czy uda się wykryć fale grawitacyjne. Następnie naukowcy próbowali zwiększyć czułość detektorów typu Webera. Opracowanie detektora, którego czułość odpowiadała prognozom astrofizycznym, zajęło 45 lat.
Na początku eksperymentu przeprowadzono wiele innych eksperymentów przed utrwaleniem, w tym okresie rejestrowano impulsy, ale ich intensywność była zbyt mała.
– Dlaczego nie ogłoszono od razu utrwalenia sygnału?
– Fale grawitacyjne zarejestrowano już we wrześniu 2015 roku. Ale nawet jeśli odnotowano zbieg okoliczności, przed ogłoszeniem go należy udowodnić, że nie jest to przypadek. Sygnał pobierany z dowolnej anteny zawsze zawiera impulsy szumowe (krótkoterminowe), a jeden z nich może przypadkowo wystąpić jednocześnie z impulsem szumowym na innej antenie. Tylko za pomocą szacunków statystycznych można udowodnić, że zbieg okoliczności nie był przypadkowy.
– Dlaczego odkrycia w zakresie fal grawitacyjnych są tak ważne?
– Możliwość rejestracji reliktowego tła grawitacyjnego i pomiaru jego cech, takich jak gęstość, temperatura itp., pozwala nam zbliżyć się do początków wszechświata.
Atrakcyjne jest to, że promieniowanie grawitacyjne jest trudne do wykrycia, ponieważ bardzo słabo oddziałuje z materią. Ale dzięki tej samej właściwości przechodzi bez absorpcji od obiektów najbardziej od nas oddalonych o najbardziej tajemniczych z punktu widzenia materii właściwości.
Można powiedzieć, że promieniowanie grawitacyjne przechodzi bez zniekształceń. Najbardziej ambitnym celem jest zbadanie promieniowania grawitacyjnego oddzielonego od pierwotnej materii w Teorii Wielkiego Wybuchu, która powstała podczas tworzenia Wszechświata.
– Czy odkrycie fal grawitacyjnych wyklucza teorię kwantową?
Teoria grawitacji zakłada istnienie kolapsu grawitacyjnego, czyli kurczenia się masywnych obiektów do pewnego punktu. Jednocześnie teoria kwantowa opracowana przez Szkołę Kopenhaską sugeruje, że dzięki zasadzie nieoznaczoności nie jest możliwe jednoczesne wskazanie dokładnie takich parametrów, jak współrzędna, prędkość i pęd ciała. Obowiązuje tu zasada nieoznaczoności, nie da się wyznaczyć dokładnej trajektorii, bo trajektoria to zarówno współrzędna, jak i prędkość itp. Wyznaczenie pewnego warunkowego korytarza ufności jest możliwe jedynie w granicach tego błędu, co wiąże się z zasadami niepewności. Teoria kwantowa kategorycznie zaprzecza możliwości obiektów punktowych, ale opisuje je w sposób statystycznie probabilistyczny: nie wskazuje konkretnie współrzędnych, ale wskazuje prawdopodobieństwo, że ma określone współrzędne.
Kwestia ujednolicenia teorii kwantowej i teorii grawitacji jest jednym z podstawowych zagadnień tworzenia jednolitej teorii pola.
Obecnie nadal nad tym pracują, a słowa „ grawitacja kwantowa” oznacza całkowicie zaawansowaną dziedzinę nauki, granicę wiedzy i ignorancji, w której pracują obecnie wszyscy teoretycy świata.
– Co odkrycie może przynieść w przyszłości?
Fale grawitacyjne muszą nieuchronnie znajdować się w fundamencie nowoczesna nauka jako jeden ze składników naszej wiedzy. Odgrywają one znaczącą rolę w ewolucji Wszechświata i za ich pomocą należy badać Wszechświat. Odkrycie przyczynia się do ogólnego rozwoju nauki i kultury.
Jeśli zdecydujesz się wyjść poza zakres dzisiejszej nauki, wówczas dopuszczalne jest wyobrażenie sobie grawitacyjnych linii telekomunikacyjnych, urządzeń odrzutowych wykorzystujących promieniowanie grawitacyjne, urządzeń do introskopii fal grawitacyjnych.
– Czy fale grawitacyjne mają coś wspólnego z percepcją pozazmysłową i telepatią?
Nie mam. Opisane efekty są efektami świat kwantowy, efekty optyczne.
Wywiad przeprowadziła Anna Utkina
Astrofizycy potwierdzili istnienie fal grawitacyjnych, których istnienie przepowiedział Albert Einstein około 100 lat temu. Wykryto je za pomocą detektorów w obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO, które znajduje się w Stanach Zjednoczonych.
Po raz pierwszy w historii ludzkość zarejestrowała fale grawitacyjne – wibracje czasoprzestrzeni, które przybyły na Ziemię w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur, które miało miejsce daleko we Wszechświecie. Do tego odkrycia przyczynili się także rosyjscy naukowcy. W czwartek o swoim odkryciu naukowcy opowiadają na całym świecie – w Waszyngtonie, Londynie, Paryżu, Berlinie i innych miastach, m.in. w Moskwie.
Zdjęcie przedstawia symulację zderzenia czarnej dziury
Na konferencji prasowej w biurze Rambler&Co Valery Mitrofanov, szef rosyjskiej części współpracy LIGO, ogłosił odkrycie fal grawitacyjnych:
„Byliśmy zaszczyceni, że mogliśmy wziąć udział w tym projekcie i zaprezentować Państwu jego rezultaty. Powiem wam teraz znaczenie odkrycia w języku rosyjskim. Widzieliśmy piękne zdjęcia detektorów LIGO w USA. Odległość między nimi wynosi 3000 km. Pod wpływem fali grawitacyjnej jeden z detektorów przesunął się, po czym je odkryliśmy. Na początku na komputerze widzieliśmy tylko szum, a potem masa detektorów Hamforda zaczęła się kołysać. Po obliczeniu uzyskanych danych udało nam się ustalić, że to czarne dziury zderzyły się w odległości 1,3 miliarda. lata świetlne stąd. Sygnał był bardzo wyraźny, wydobywał się z szumu bardzo wyraźnie. Wiele osób mówiło nam, że mamy szczęście, ale natura dała nam taki dar. Fale grawitacyjne zostały odkryte, to pewne.”
Astrofizycy potwierdzili pogłoski, że udało im się wykryć fale grawitacyjne za pomocą detektorów w obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO. To odkrycie pozwoli ludzkości poczynić znaczne postępy w zrozumieniu działania Wszechświata.
Do odkrycia doszło 14 września 2015 roku jednocześnie z dwoma detektorami w Waszyngtonie i Luizjanie. Sygnał dotarł do detektorów w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur. Naukowcom zajęło tyle czasu sprawdzenie, czy to fale grawitacyjne były produktem zderzenia.
Zderzenie dziur nastąpiło przy prędkości około połowy prędkości światła, czyli około 150 792 458 m/s.
„Grawitacja Newtona została opisana w płaskiej przestrzeni, a Einstein przeniósł ją na płaszczyznę czasu i założył, że ją zagina. Oddziaływanie grawitacyjne jest bardzo słabe. Na Ziemi eksperymenty mające na celu wytworzenie fal grawitacyjnych są niemożliwe. Odkryto je dopiero po połączeniu czarnych dziur. Wyobraź sobie, że detektor przesunął się o 10 do -19 metrów. Nie poczujesz tego rękami. Tylko za pomocą bardzo precyzyjnych instrumentów. Jak to zrobić? Wiązka laserowa, za pomocą której zarejestrowano przesunięcie, miała unikalny charakter. Laserowa antena grawitacyjna drugiej generacji LIGO została uruchomiona w 2015 roku. Czułość pozwala wykryć zaburzenia grawitacyjne mniej więcej raz w miesiącu. To zaawansowana nauka światowa i amerykańska, nie ma nic dokładniejszego na świecie. Mamy nadzieję, że uda mu się przekroczyć standardową granicę czułości kwantowej” – wyjaśnia odkrycie Siergiej Wiatczanin, pracownik Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego i współpracy LIGO.
Standardowy limit kwantowy (SQL) mechanika kwantowa- ograniczenie nałożone na dokładność ciągłego lub wielokrotnie powtarzanego pomiaru dowolnej wielkości opisanej przez operatora, który nie dojeżdża ze sobą w różnych godzinach. Przewidziany w 1967 roku przez VB Braginsky'ego, a termin Standard Quantum Limit (SQL) został zaproponowany później przez Thorne'a. SKP jest ściśle powiązana z relacją niepewności Heisenberga.
Podsumowując, Valery Mitrofanov mówił o planach dalszych badań:
„To odkrycie jest początkiem nowej astronomii fal grawitacyjnych. Spodziewamy się, że poprzez kanał fal grawitacyjnych dowiemy się więcej o Wszechświecie. Znamy skład tylko 5% materii, reszta jest tajemnicą. Detektory grawitacyjne pozwolą Ci zobaczyć niebo w „falach grawitacyjnych”. Mamy nadzieję, że w przyszłości zobaczymy początek wszystkiego, czyli reliktowe promieniowanie Wielkiego Wybuchu i zrozumiemy, co dokładnie się wtedy wydarzyło.
Fale grawitacyjne zostały po raz pierwszy zaproponowane przez Alberta Einsteina w 1916 roku, prawie dokładnie 100 lat temu. Równanie dla fal jest konsekwencją równań teorii względności i nie jest wyprowadzane w najprostszy sposób.
Kanadyjski fizyk teoretyczny Clifford Burgess opublikował wcześniej list, w którym stwierdził, że obserwatorium wykryło promieniowanie grawitacyjne spowodowane połączeniem układu podwójnego czarnych dziur o masach 36 i 29 mas Słońca w obiekt o masie 62 mas Słońca. Zderzenie i asymetryczne zapadnięcie grawitacyjne trwa ułamek sekundy i w tym czasie energia sięgająca nawet 50 procent masy układu zostaje tracona na promieniowanie grawitacyjne – zmarszczki w czasoprzestrzeni.
Fala grawitacyjna to fala grawitacyjna powstająca w większości teorii grawitacji w wyniku ruchu ciał grawitacyjnych ze zmiennym przyspieszeniem. Ze względu na względną słabość sił grawitacyjnych (w porównaniu do innych) fale te powinny mieć bardzo małą wielkość, trudną do zarejestrowania. Ich istnienie przepowiedział około sto lat temu Albert Einstein.
Sto lat po teoretycznych przewidywaniach Alberta Einsteina w ramach ogólnej teorii względności naukowcom udało się potwierdzić istnienie fal grawitacyjnych. Rozpoczyna się era całkowicie nowej metody badania głębokiego kosmosu – astronomii fal grawitacyjnych.
Są różne odkrycia. Są przypadkowe, są powszechne w astronomii. Nie ma takich całkowicie przypadkowych, powstałych w wyniku dokładnego „przeczesania terenu”, jak na przykład odkrycie Urana przez Williama Herschela. Są i takie nieoczekiwane - kiedy szukali jednej rzeczy, a znaleźli inną: na przykład odkryli Amerykę. Ale specjalne miejsce W nauce na pierwszy plan wysuwają się planowane odkrycia. Opierają się na jasnych przewidywaniach teoretycznych. Tego, co przewidywane, szuka się przede wszystkim po to, by potwierdzić teorię. Do takich odkryć należy odkrycie bozonu Higgsa w Wielkim Zderzaczu Hadronów i wykrycie fal grawitacyjnych za pomocą interferometru laserowego w obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO. Aby jednak zarejestrować jakieś zjawisko przewidywane przez teorię, trzeba mieć w miarę dobre rozeznanie, czego dokładnie i gdzie szukać oraz jakie narzędzia są do tego potrzebne.
Fale grawitacyjne tradycyjnie nazywane są przewidywaniami ogólnej teorii względności (GTR) i rzeczywiście tak jest (choć obecnie fale takie występują we wszystkich modelach alternatywnych lub uzupełniających GTR). Pojawienie się fal spowodowane jest skończoną prędkością propagacji oddziaływania grawitacyjnego (w ogólnej teorii względności prędkość ta jest dokładnie równa prędkości światła). Fale takie są zakłóceniami czasoprzestrzeni rozchodzącymi się ze źródła. Aby pojawiły się fale grawitacyjne, źródło musi pulsować lub poruszać się z przyspieszoną szybkością, ale w określony sposób. Powiedzmy, że ruchy o doskonałej symetrii sferycznej lub cylindrycznej nie są odpowiednie. Źródeł tego typu jest całkiem sporo, jednak często mają one niewielką masę, niewystarczającą do wygenerowania mocnego sygnału. W końcu grawitacja jest najsłabszym z czterech podstawowych oddziaływań, dlatego bardzo trudno jest zarejestrować sygnał grawitacyjny. Ponadto do rejestracji konieczne jest, aby sygnał zmieniał się szybko w czasie, to znaczy miał wystarczająco wysoką częstotliwość. W przeciwnym razie nie będziemy mogli go zarejestrować, ponieważ zmiany będą zbyt powolne. Oznacza to, że obiekty muszą być również zwarte.
Początkowo wielki entuzjazm wywołały eksplozje supernowych, które zdarzają się w galaktykach takich jak nasza co kilka dekad. Oznacza to, że jeśli uda nam się osiągnąć czułość pozwalającą dostrzec sygnał z odległości kilku milionów lat świetlnych, to możemy liczyć na kilka sygnałów rocznie. Później jednak okazało się, że wstępne szacunki mocy uwolnienia energii w postaci fal grawitacyjnych podczas wybuchu supernowej były zbyt optymistyczne, a tak słaby sygnał można było wykryć jedynie, gdyby w naszej Galaktyce wybuchła supernowa.
Kolejna ogromna opcja zwarte obiekty, popełnianie szybkie ruchy, - gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Możemy zobaczyć albo proces ich powstawania, albo proces wzajemnego oddziaływania. Ostatnie etapy zapadania się jąder gwiazd, prowadzące do powstania obiektów zwartych, a także ostatnie etapy łączenia się gwiazd neutronowych i czarnych dziur, trwają rzędu kilku milisekund (co odpowiada częstotliwości setki herców) - dokładnie tyle, ile potrzeba. W tym przypadku uwalniana jest duża ilość energii, w tym (a czasem głównie) w postaci fal grawitacyjnych, ponieważ masywne, zwarte ciała wykonują pewne szybkie ruchy. To są nasze idealne źródła.
To prawda, że supernowe wybuchają w Galaktyce raz na kilka dekad, połączenia gwiazd neutronowych zdarzają się raz na kilkadziesiąt tysięcy lat, a czarne dziury łączą się ze sobą jeszcze rzadziej. Ale sygnał jest znacznie mocniejszy, a jego charakterystykę można dość dokładnie obliczyć. Ale teraz musimy być w stanie zobaczyć sygnał z odległości kilkuset milionów lat świetlnych, aby pokryć kilkadziesiąt tysięcy galaktyk i wykryć kilka sygnałów w ciągu roku.
Po wybraniu źródeł przystąpimy do projektowania detektora. Aby to zrobić, musisz zrozumieć, co robi fala grawitacyjna. Nie wchodząc w szczegóły, możemy powiedzieć, że przejście fali grawitacyjnej powoduje powstanie siły pływowej (zwykłe pływy księżycowe czy słoneczne to odrębne zjawisko, a fale grawitacyjne nie mają z tym nic wspólnego). Można więc wziąć na przykład metalowy cylinder, wyposażyć go w czujniki i zbadać jego wibracje. Nie jest to trudne, dlatego już pół wieku temu zaczęto wykonywać takie instalacje (dostępne są także w Rosji; obecnie w podziemnym laboratorium Baksan instalowany jest udoskonalony detektor opracowany przez zespół Walentina Rudenki z MSU SAI). Problem w tym, że takie urządzenie zobaczy sygnał bez żadnych fal grawitacyjnych. Jest mnóstwo dźwięków, z którymi trudno sobie poradzić. Można (i zostało to zrobione!) zainstalować czujkę pod ziemią, spróbować ją odizolować, schłodzić niskie temperatury, ale nadal, aby przekroczyć poziom szumu, potrzebny byłby bardzo silny sygnał fali grawitacyjnej. Ale mocne sygnały pojawiają się rzadko.
Dlatego zdecydowano się na inny schemat, który został zaproponowany w 1962 roku przez Władysława Pustovoita i Michaiła Herzensteina. W artykule opublikowanym w JETP (Journal of Experimental and Theoretical Physics) zaproponowali użycie interferometru Michelsona do wykrywania fal grawitacyjnych. Wiązka laserowa przebiega pomiędzy zwierciadłami w obu ramionach interferometru, a następnie dodaje się wiązki z różnych ramion. Analizując wynik interferencji wiązki, można zmierzyć względną zmianę długości ramion. To jest bardzo dokładne pomiary, więc jeśli pokonasz hałas, możesz osiągnąć fantastyczną czułość.
Na początku lat 90-tych zdecydowano się zbudować kilka detektorów wykorzystujących tę konstrukcję. Jako pierwsze uruchomiono stosunkowo małe instalacje, GEO600 w Europie i TAMA300 w Japonii (liczby odpowiadają długości ramion w metrach) w celu przetestowania technologii. Ale głównymi graczami miały być instalacje LIGO w USA i VIRGO w Europie. Rozmiar tych instrumentów mierzony jest już w kilometrach, a ostateczna planowana czułość powinna pozwolić na obserwację dziesiątek, jeśli nie setek zdarzeń rocznie.
Dlaczego potrzebnych jest wiele urządzeń? Przede wszystkim do weryfikacji krzyżowej, ponieważ występują zakłócenia lokalne (np. sejsmiczne). Jednoczesny zapis sygnału w północno-zachodnich Stanach Zjednoczonych i we Włoszech byłby tego doskonałym dowodem pochodzenie zewnętrzne. Ale jest drugi powód: detektory fal grawitacyjnych bardzo słabo radzą sobie z określaniem kierunku do źródła. Jeśli jednak rozmieszczonych jest kilka detektorów w odstępach, możliwe będzie dość dokładne wskazanie kierunku.
Laserowi giganci
W pierwotnej formie detektory LIGO zbudowano w 2002 r., a detektory VIRGO w 2003 r. Według planu był to dopiero pierwszy etap. Wszystkie instalacje pracowały kilka lat, w latach 2010-2011 zostały zatrzymane na modyfikacje, po czym osiągnęły planowany poziom. wysoka czułość. Jako pierwsze zadziałały detektory LIGO we wrześniu 2015 r., VIRGO ma dołączyć w drugiej połowie 2016 r. i od tego etapu czułość pozwala mieć nadzieję na rejestrację przynajmniej kilku zdarzeń rocznie.
Po rozpoczęciu działania LIGO oczekiwana częstotliwość wybuchów wynosiła w przybliżeniu jedno zdarzenie na miesiąc. Astrofizycy z góry oszacowali, że pierwszymi oczekiwanymi zdarzeniami będą fuzje czarnych dziur. Wynika to z faktu, że czarne dziury są zwykle dziesięć razy cięższe od gwiazd neutronowych, sygnał jest silniejszy i jest „widoczny” z długie dystanse, co z nawiązką rekompensuje niższą częstotliwość zdarzeń w galaktyce. Na szczęście nie musieliśmy długo czekać. 14 września 2015 obie instalacje zarejestrowały niemal identyczny sygnał o nazwie GW150914.
Z piękną pomocą prosta analiza można uzyskać takie dane, jak masa czarnych dziur, siła sygnału i odległość do źródła. Masa i rozmiar czarnych dziur są powiązane bardzo prosto i dobrze w znany sposób, a na podstawie częstotliwości sygnału można natychmiast oszacować wielkość obszaru uwalniania energii. W w tym przypadku rozmiar wskazywał, że czarna dziura o masie ponad 60 mas Słońca powstała z dwóch dziur o masach 25-30 i 35-40 mas Słońca. Znając te dane, możesz uzyskać pełna energia pluśnięcie. Prawie trzy masy Słońca zostały zamienione na promieniowanie grawitacyjne. Odpowiada to jasności 1023 jasności Słońca – mniej więcej tyle samo, ile emitują w tym czasie (w setnych sekundy) wszystkie gwiazdy widzialnej części Wszechświata. Ze znanej energii i wielkości mierzonego sygnału uzyskuje się odległość. Duża masa połączone ciała umożliwiły zarejestrowanie zdarzenia, które miało miejsce w odległej galaktyce: sygnał dotarł do nas po około 1,3 miliarda lat.
Więcej szczegółowa analiza pozwala nam wyjaśnić stosunek mas czarnych dziur i zrozumieć, w jaki sposób obracają się wokół własnej osi, a także określić niektóre inne parametry. Dodatkowo sygnał z dwóch instalacji pozwala w przybliżeniu określić kierunek wybuchu. Niestety dokładność tutaj nie jest jeszcze bardzo wysoka, ale wraz z uruchomieniem zaktualizowanej VIRGO wzrośnie. A za kilka lat japoński detektor KAGRA zacznie odbierać sygnały. Następnie jeden z detektorów LIGO (pierwotnie było ich trzy, jedna z instalacji była dualna) zostanie zamontowany w Indiach i oczekuje się, że rocznie będzie rejestrowanych kilkadziesiąt zdarzeń.
Era nowej astronomii
NA ten moment bardzo ważny wynik Praca LIGO jest potwierdzeniem istnienia fal grawitacyjnych. Ponadto już pierwszy wybuch pozwolił poprawić ograniczenia masy grawitonu (w ogólnej teorii względności ma on masę zerową), a także silniej ograniczyć różnicę pomiędzy prędkością propagacji grawitacji a prędkością światło. Naukowcy mają jednak nadzieję, że już w 2016 roku będą mogli uzyskać wiele nowych danych astrofizycznych za pomocą LIGO i VIRGO.
Po pierwsze, dane z obserwatoriów fal grawitacyjnych otwierają nowe możliwości badania czarnych dziur. Jeśli wcześniej można było obserwować jedynie przepływy materii w pobliżu tych obiektów, teraz można bezpośrednio „zobaczyć” proces łączenia i „uspokajania” powstałej czarnej dziury, jak zmienia się jej horyzont, przyjmując swój ostateczny kształt ( ustalane przez rotację). Prawdopodobnie do czasu odkrycia parowania czarnych dziur przez Hawkinga (na razie proces ten pozostaje hipotezą) badanie fuzji dostarczy lepszych bezpośrednich informacji na ich temat.
Po drugie, obserwacje łączenia się gwiazd neutronowych przyniosą wiele nowych, niezwykle ciekawych informacji niezbędne informacje o tych obiektach. Po raz pierwszy będziemy mogli badać gwiazdy neutronowe w taki sam sposób, w jaki fizycy badają cząstki: obserwując ich zderzanie, aby zrozumieć, jak działają wewnątrz. Tajemnica budowy wnętrz gwiazd neutronowych niepokoi zarówno astrofizyków, jak i fizyków. Nasze zrozumienie fizyki jądrowej i zachowania materii przy ultrawysokich gęstościach będzie niepełne bez rozwiązania tego problemu. Prawdopodobnie kluczową rolę odegrają tu obserwacje fal grawitacyjnych.
Uważa się, że za krótkie kosmologiczne rozbłyski gamma odpowiedzialne są fuzje gwiazd neutronowych. W rzadkich przypadkach możliwe będzie jednoczesne obserwowanie zdarzenia zarówno w zakresie gamma, jak i na detektorach fal grawitacyjnych (rzadkość wynika z tego, że po pierwsze sygnał gamma jest skupiany w bardzo wąskiej wiązce i nie jest zawsze skierowane na nas, ale po drugie, nie będziemy rejestrować fal grawitacyjnych z bardzo odległych wydarzeń). Najwyraźniej potrzeba kilku lat obserwacji, aby móc to zobaczyć (choć jak zwykle możesz mieć szczęście i stanie się to dzisiaj). Wtedy między innymi będziemy mogli bardzo dokładnie porównać prędkość grawitacji z prędkością światła.
Zatem interferometry laserowe będą działać razem jako pojedynczy teleskop wykorzystujący fale grawitacyjne, wnosząc nową wiedzę zarówno astrofizykom, jak i fizykom. Cóż, prędzej czy później za odkrycie pierwszych wybuchów i ich analizę zostanie przyznana zasłużona Nagroda Nobla.
2197
, Stany Zjednoczone 
© REUTERS, Ulotka W końcu odkryto fale grawitacyjne
Popularna naukaOscylacje czasoprzestrzeni odkryto sto lat po tym, jak je przewidział Einstein. Zaczyna się Nowa era w astronomii.
Naukowcy odkryli wahania czasoprzestrzeni spowodowane łączeniem się czarnych dziur. Stało się to sto lat po tym, jak Albert Einstein przewidział te „fale grawitacyjne” w swojej ogólnej teorii względności i sto lat po tym, jak fizycy rozpoczęli ich poszukiwania.
To przełomowe odkrycie ogłosili dziś naukowcy z Obserwatorium Fal Grawitacyjnych z Interferometrem Laserowym (LIGO). Potwierdzili pogłoski, które krążyły wokół analizy pierwszego zestawu danych, które zbierali od miesięcy. Astrofizycy twierdzą, że odkrycie fal grawitacyjnych zapewnia nowy wgląd w wszechświat i zdolność rozpoznawania odległych wydarzeń, których nie można zobaczyć za pomocą teleskopów optycznych, ale można je poczuć, a nawet usłyszeć, gdy ich słabe wibracje docierają do nas w przestrzeni.
„Wykryliśmy fale grawitacyjne. Zrobiliśmy to!" – ogłosił dyrektor wykonawczy zespół naukowy tysiąca osób David Reitze, przemawiający dzisiaj na konferencji prasowej w Waszyngtonie w National Science Foundation.
Fale grawitacyjne są chyba najbardziej nieuchwytnym zjawiskiem przewidywań Einsteina, a naukowiec debatował na ten temat ze swoimi współczesnymi przez dziesięciolecia. Według jego teorii przestrzeń i czas tworzą rozciągliwą materię, która ugina się pod wpływem ciężkich przedmiotów. Odczuć grawitację oznacza wpaść w zakręty tej materii. Ale czy ta czasoprzestrzeń może drżeć jak skóra bębna? Einstein był zdezorientowany; nie wiedział, co oznaczają jego równania. I kilkakrotnie zmieniał swój punkt widzenia. Jednak nawet najbardziej zagorzali zwolennicy jego teorii uważali, że fale grawitacyjne i tak są zbyt słabe, aby można je było zaobserwować. Po pewnych kataklizmach wypływają kaskadą na zewnątrz i poruszając się, na przemian rozciągają i ściskają czasoprzestrzeń. Zanim jednak fale te dotrą do Ziemi, rozciągają się i ściskają każdy kilometr przestrzeni niewielki udziałśrednica jądra atomowego.
© REUTERS, Hangout Detektor Obserwatorium LIGO w Hanford w stanie Waszyngton
Wykrycie tych fal wymagało cierpliwości i ostrożności. Obserwatorium LIGO wysyłało wiązki laserowe tam i z powrotem wzdłuż czterokilometrowych (4-kilometrowych) ramion dwóch detektorów, jednego w Hanford w stanie Waszyngton, a drugiego w Livingston w Luizjanie. Dokonano tego w poszukiwaniu wspólnych rozszerzań i kurczeń tych układów podczas przejścia fal grawitacyjnych. Korzystając z najnowocześniejszych stabilizatorów, przyrządów próżniowych i tysięcy czujników, naukowcy zmierzyli zmiany długości tych układów, rzędu zaledwie jednej tysięcznej wielkości protonu. Taka czułość instrumentów była nie do pomyślenia jeszcze sto lat temu. Wydawało się to niewiarygodne nawet w 1968 roku, kiedy Rainer Weiss z Massachusetts Instytut Technologii wymyślił eksperyment o nazwie LIGO.
„To wielki cud, że w końcu im się udało. Byli w stanie wykryć te maleńkie wibracje!” - powiedział fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Arkansas, Daniel Kennefick, który w 2007 roku napisał książkę Traveling at the Speed of Think: Einstein i W poszukiwaniu fal grawitacyjnych (Podróż z prędkością myśli. Einstein i poszukiwanie fal grawitacyjnych).
Odkrycie to zapoczątkowało nową erę w astronomii fal grawitacyjnych. Mamy nadzieję, że lepiej zrozumiemy powstawanie, skład i galaktyczną rolę czarnych dziur – tych supergęstych kul o masie, które zaginają czasoprzestrzeń tak dramatycznie, że nawet światło nie jest w stanie uciec. Kiedy czarne dziury zbliżają się do siebie i łączą, wytwarzają sygnał impulsowy — oscylacje czasoprzestrzenne, które zwiększają amplitudę i ton, po czym gwałtownie się kończą. Sygnały, które obserwatorium może zarejestrować, znajdują się w zakresie audio, są jednak zbyt słabe, aby można je było usłyszeć gołym uchem. Możesz odtworzyć ten dźwięk, przesuwając palcami po klawiszach fortepianu. „Zacznij od najniższej nuty i idź aż do trzeciej oktawy” – powiedział Weiss. – To właśnie słyszymy.
Fizycy są już zaskoczeni liczbą i siłą zarejestrowanych dotychczas sygnałów. Oznacza to, że na świecie jest więcej czarnych dziur, niż wcześniej sądzono. „Mieliśmy szczęście, ale zawsze liczyłem na takie szczęście” – powiedział astrofizyk Kip Thorne, który pracuje w California Institute of Technology i stworzył LIGO wraz z Weissem i Ronaldem Dreverami, również w Caltech. „Zazwyczaj dzieje się tak, gdy we wszechświecie otwiera się zupełnie nowe okno”.
Słuchając fal grawitacyjnych, możemy wyrobić sobie zupełnie odmienne wyobrażenia o przestrzeni, a być może odkryć niewyobrażalne zjawiska kosmiczne.
„Mogę to porównać do chwili, gdy po raz pierwszy skierowaliśmy teleskop w niebo” – powiedziała astrofizyk teoretyczna Janna Levin z Barnard College na Uniwersytecie Columbia. „Ludzie zdali sobie sprawę, że coś tam jest i że można to zobaczyć, ale nie byli w stanie przewidzieć niesamowitego zakresu możliwości istniejących we wszechświecie”. Podobnie, jak zauważył Levine, odkrycie fal grawitacyjnych może wykazać, że wszechświat jest „pełny”. Ciemna materia, którego nie możemy łatwo określić za pomocą teleskopu.”
Historia odkrycia pierwszej fali grawitacyjnej rozpoczęła się w poniedziałkowy poranek we wrześniu, a zaczęła się z hukiem. Sygnał był tak wyraźny i głośny, że Weiss pomyślał: „Nie, to nonsens, nic z tego nie będzie”.
Intensywność emocji
Pierwsza fala grawitacyjna przeszła przez zmodernizowane detektory LIGO – najpierw w Livingston, a siedem milisekund później w Hanford – podczas symulacji przeprowadzonej na początku 14 września, dwa dni wcześniej. oficjalny start zbieranie danych.
Detektory były testowane po modernizacji, która trwała pięć lat i kosztowała 200 milionów dolarów. Zostały wyposażone w nowe zawieszenia lusterek redukujące hałas i aktywne informacja zwrotna do tłumienia zewnętrznych wibracji w czasie rzeczywistym. Modernizacja dała ulepszonemu obserwatorium więcej wysoki poziom czułości w porównaniu ze starym LIGO, który w latach 2002–2010 znajdował „absolutne i czyste zero”, jak to ujął Weiss.
Kiedy we wrześniu nadszedł potężny sygnał, naukowcy w Europie, gdzie był wówczas poranek, zaczęli pospiesznie bombardować swoich amerykańskich kolegów wiadomościami w ciągu e-mail. Kiedy reszta grupy się obudziła, wieść rozeszła się bardzo szybko. Według Weissa prawie wszyscy byli sceptyczni, zwłaszcza gdy zobaczyli sygnał. Był to prawdziwy klasyk podręcznika i dlatego niektórzy uważali go za podróbkę.
Od końca lat sześćdziesiątych XX wieku poszukiwania fal grawitacyjnych wielokrotnie okazywały się błędami, kiedy Joseph Weber z Uniwersytetu Maryland sądził, że odkrył drgania rezonansowe w aluminiowym cylindrze z czujnikami reagującymi na fale. W 2014 roku eksperyment o nazwie BICEP2 ogłosił odkrycie pierwotnych fal grawitacyjnych – zmarszczek czasoprzestrzeni powstałych po Wielkim Wybuchu, które obecnie rozciągnęły się i trwale zamarzły w geometrii wszechświata. Naukowcy z zespołu BICEP2 ogłosili swoje odkrycie z wielką pompą, ale potem ich wyniki zostały poddane niezależnej weryfikacji, podczas której okazało się, że się mylili i że sygnał pochodził z pyłu kosmicznego.
Kiedy kosmolog z Arizona State University, Lawrence Krauss, usłyszał o odkryciu zespołu LIGO, początkowo pomyślał, że to „ślepa mistyfikacja”. Podczas działania starego obserwatorium symulowane sygnały były potajemnie wstawiane do strumieni danych w celu sprawdzenia reakcji, a większość Zespół o tym nie wiedział. Skąd pochodzi Krauss kompetentne źródło Dowiedziawszy się, że tym razem nie był to „wrzut na ślepo”, z trudem powstrzymał radosne podekscytowanie.
25 września powiedział swoim 200 000 obserwującym na Twitterze: „Plotki o wykryciu fali grawitacyjnej przez detektor LIGO. Niesamowite, jeśli to prawda. Podam ci szczegóły, jeśli to nie podróbka. Następnie następuje wpis z 11 stycznia: „Wcześniejsze pogłoski na temat LIGO zostały potwierdzone przez niezależne źródła. Śledź wiadomości. Być może odkryto fale grawitacyjne!”
Oficjalne stanowisko naukowców było takie: nie należy mówić o odebranym sygnale, dopóki nie będzie stuprocentowej pewności. Thorne, związany rękami i nogami obowiązkiem zachowania tajemnicy, nawet nie powiedział nic swojej żonie. „Świętowałem sam” – powiedział. Naukowcy postanowili na początek wrócić do samego początku i przeanalizować wszystko w najdrobniejszych szczegółach, aby dowiedzieć się, jak sygnał rozchodzi się przez tysiące kanałów pomiarowych różnych detektorów i zrozumieć, czy nie dzieje się tam nic dziwnego. chwili wykrycia sygnału. Nie znaleźli niczego niezwykłego. Wykluczyli także hakerów, którzy mieliby najlepszą wiedzę na temat tysięcy strumieni danych objętych eksperymentem. „Nawet jeśli zespół wykonuje rzuty z autu w ciemno, nie jest on wystarczająco doskonały i pozostawia wiele śladów” – powiedział Thorne. – Ale tutaj nie było żadnych śladów.
W kolejnych tygodniach usłyszeli kolejny, słabszy sygnał.
Naukowcy przeanalizowali dwa pierwsze sygnały i pojawiało się coraz więcej nowych. W styczniu zaprezentowali swoje badania w czasopiśmie Physical Review Letters. Numer ten ukazał się dzisiaj w Internecie. Według ich szacunków istotność statystyczna pierwszego, najsilniejszego sygnału przekracza 5 sigma, co oznacza, że badacze mają 99,9999% pewności co do jego autentyczności.
Słuchanie grawitacji
Równania ogólna teoria względności Teorie Einsteina są tak złożone, że większości fizyków zajęło 40 lat osiągnięcie porozumienia: tak, fale grawitacyjne istnieją i można je wykryć – nawet teoretycznie.
Początkowo Einstein uważał, że obiekty nie mogą uwalniać energii w postaci promieniowania grawitacyjnego, ale potem zmienił swój punkt widzenia. W jego dzieło historyczne, napisany w 1918 r., pokazał, które obiekty mogą to zrobić: układy w kształcie hantli, które jednocześnie obracają się wokół dwóch osi, takie jak podwójne i supernowe, eksplodujące jak petardy. Mogą generować fale w czasoprzestrzeni.
© REUTERS, Ulotka Model komputerowy, ilustrujący naturę fal grawitacyjnych w Układzie Słonecznym
Jednak Einstein i jego koledzy nadal się wahali. Niektórzy fizycy argumentowali, że nawet gdyby istniały fale, świat wibrowałby wraz z nimi i nie dałoby się ich wyczuć. Dopiero w 1957 roku Richard Feynman zamknął tę kwestię demonstracją eksperyment myślowyże jeśli fale grawitacyjne istnieją, teoretycznie można je wykryć. Nikt jednak nie wiedział, jak powszechne były w przestrzeni kosmicznej systemy w kształcie hantli ani jak silne lub słabe były powstające fale. „Ostatecznie pytanie brzmiało: czy kiedykolwiek będziemy w stanie je wykryć?” powiedział Kennefick.
W 1968 roku Rainer Weiss był młodym profesorem w MIT i został przydzielony do prowadzenia zajęć z ogólnej teorii względności. Będąc eksperymentatorem, niewiele o tym wiedział, ale nagle pojawiła się wiadomość o odkryciu fal grawitacyjnych przez Webera. Weber zbudował z aluminium trzy detektory rezonansowe o wymiarach biurko i umieściłem je w innym miejscu Stany amerykańskie. Teraz poinformował, że wszystkie trzy detektory wykryły „dźwięk fal grawitacyjnych”.
Uczniowie Weissa zostali poproszeni o wyjaśnienie natury fal grawitacyjnych i wyrażenie swojej opinii na temat przesłania. Studiując szczegóły, był zdumiony złożonością obliczeń matematycznych. „Nie mogłem pojąć, co do cholery robi Weber, jak czujniki wchodzą w interakcję z falą grawitacyjną. Siedziałem długo i zadawałem sobie pytanie: „Jaka jest najprymitywniejsza rzecz, jaką mogę wymyślić, która wykrywałaby fale grawitacyjne?” I wtedy przyszedł mi do głowy pomysł, który nazywam podstawa koncepcyjna LIGO.”
Wyobraź sobie trzy obiekty w czasoprzestrzeni, powiedzmy lustra w rogach trójkąta. „Wyślij sygnał świetlny z jednego do drugiego” – powiedział Weber. „Zobacz, ile czasu zajmuje przejście z jednej masy do drugiej i sprawdź, czy czas się zmienił”. Okazuje się, zauważył naukowiec, że można to zrobić szybko. „Zadałem to moim studentom w ramach zadania badawczego. Dosłownie cała grupa była w stanie dokonać tych obliczeń.
W kolejnych latach, gdy inni badacze próbowali odtworzyć wyniki eksperymentu Webera z detektorem rezonansowym, ale bezskutecznie im się to nie udawało (nie jest jasne, co zaobserwował, ale nie były to fale grawitacyjne), Weiss zaczął przygotowywać znacznie bardziej precyzyjny i ambitny eksperyment: eksperyment grawitacyjny-- interferometr falowy. Wiązka lasera odbija się od trzech lusterek zainstalowanych w kształcie litery „L” i tworzy dwie wiązki. Odstęp pomiędzy szczytami i dołkami fal świetlnych dokładnie wskazuje długość odnóg litery „L”, które tworzą osie X i Y czasoprzestrzeni. Kiedy waga jest nieruchoma, dwa fale świetlne odbijane od rogów i znoszą się nawzajem. Sygnał w detektorze jest zerowy. Ale jeśli fala grawitacyjna przechodzi przez Ziemię, rozciąga długość jednego ramienia litery „L” i ściska długość drugiego (i odwrotnie). Niedopasowanie dwóch wiązek światła tworzy w detektorze sygnał wskazujący na niewielkie wahania czasoprzestrzeni.
Początkowo inni fizycy wyrażali sceptycyzm, ale eksperyment szybko zyskał poparcie Thorne’a, którego zespół teoretyków w Caltech badał czarne dziury i inne potencjalne źródła fal grawitacyjnych, a także generowane przez nie sygnały. Inspiracją dla Thorne'a był eksperyment Webera i podobne wysiłki rosyjskich naukowców. Po rozmowie z Weissem na konferencji w 1975 r. „Zacząłem wierzyć, że wykrycie fal grawitacyjnych zakończy się sukcesem” – powiedział Thorne. „Chciałem, żeby Caltech też był tego częścią”. Polecił instytutowi zatrudnienie szkockiego eksperymentatora Ronalda Dreavera, który zapowiedział także zbudowanie interferometru fal grawitacyjnych. Z biegiem czasu Thorne, Driver i Weiss zaczęli pracować jako zespół, każdy rozwiązując swoją część niezliczonych problemów w ramach przygotowań do praktycznego eksperymentu. Trio stworzyło LIGO w 1984 roku, a kiedy zbudowano prototypy i rozpoczęła się współpraca w ramach stale powiększającego się zespołu, otrzymali od Narodowego podstawa naukowa Dofinansowanie w wysokości 100 milionów dolarów. Przygotowano plany budowy pary gigantycznych detektorów w kształcie litery L. Dziesięć lat później detektory zaczęły działać.
W Hanford i Livingston w centrum każdego z czterokilometrowych ramion detektora znajduje się próżnia, dzięki której laser, jego wiązka i zwierciadła są maksymalnie odizolowane od ciągłych wibracji planety. Aby zachować jeszcze większą pewność, naukowcy z LIGO monitorują swoje detektory podczas pracy z tysiącami instrumentów, mierząc wszystko, co tylko mogą: aktywność sejsmiczna, Ciśnienie atmosferyczne, błyskawica, wygląd promieniowanie kosmiczne, wibracje sprzętu, dźwięki w obszarze wiązki lasera i tak dalej. Następnie filtrują swoje dane na podstawie zewnętrznego szumu tła. Być może najważniejsze jest to, że mają dwa detektory, co pozwala im porównać otrzymane dane, sprawdzając je pod kątem obecności pasujących sygnałów.
Kontekst
Fale grawitacyjne: zakończyły to, co Einstein zaczął w Bernie
SwissInfo 13.02.2016Jak umierają czarne dziury
Średni 19.10.2014Wewnątrz wytworzonej próżni, nawet przy całkowicie odizolowanych i ustabilizowanych laserach i zwierciadłach, „cały czas dzieją się dziwne rzeczy” – mówi Marco Cavaglià, zastępca rzecznika LIGO. Naukowcy muszą śledzić te „złote rybki”, „duchy”, „niejasne potwory morskie” i inne zewnętrzne zjawiska wibracyjne, odkrywając ich źródło, aby je wyeliminować. Jeden ciężki przypadek wystąpiło na etapie testowania, powiedziała Jessica McIver, badaczka LIGO, która bada takie obce sygnały i zakłócenia. Wśród danych często pojawiała się seria okresowych szumów o jednej częstotliwości. Kiedy ona i jej koledzy przekształcili wibracje z lusterek w pliki audio, „wyraźnie było słychać, jak dzwoni telefon” – powiedział McIver. „Okazało się, że to reklamodawcy zajmujący się komunikacją telefonowali w pomieszczeniu laserowym”.
W ciągu najbliższych dwóch lat naukowcy będą w dalszym ciągu poprawiać czułość udoskonalonych detektorów obserwatorium fal grawitacyjnych z interferometrem laserowym LIGO. Natomiast we Włoszech zacznie działać trzeci interferometr o nazwie Advanced Virgo. Jedną z odpowiedzi, jakie pomogą uzyskać te dane, jest sposób powstawania czarnych dziur. Czy są one produktem upadku najwcześniejszego masywne gwiazdy czy też pojawiają się w wyniku zderzeń w gęstych gromadach gwiazd? „To tylko dwa domysły. Wierzę, że będzie ich więcej, gdy wszyscy się uspokoją” – mówi Weiss. Kiedy w trakcie nadchodząca praca LIGO zacznie gromadzić nowe dane statystyczne, naukowcy zaczną słuchać opowieści o pochodzeniu czarnych dziur, które będzie im szeptał kosmos.
Sądząc po kształcie i rozmiarze, pierwszy, najgłośniejszy impuls powstał w odległości 1,3 miliarda lat świetlnych, skąd po wieczności powolnego tańca dwie czarne dziury, każda o masie około 30 mas Słońca, ostatecznie połączyły się pod wpływem wzajemnej grawitacji atrakcja. Czarne dziury krążyły coraz szybciej, niczym wir, stopniowo się zbliżając. Potem nastąpiło połączenie i w mgnieniu oka wyzwoliły fale grawitacyjne o energii porównywalnej z energią trzech Słońc. To połączenie było najpotężniejszym zjawiskiem energetycznym, jakie kiedykolwiek zarejestrowano.
„To tak, jakbyśmy nigdy nie widzieli oceanu podczas burzy” – powiedział Thorne. Na tę burzę czekał w czasoprzestrzeni od lat sześćdziesiątych XX wieku. Mówi, że uczucie, jakie odczuwał Thorne, gdy napływały fale, nie było do końca podekscytowaniem. To było coś innego: uczucie głębokiej satysfakcji.
Materiały InoSMI zawierają oceny wyłącznie mediów zagranicznych i nie odzwierciedlają stanowiska redakcji InoSMI.