Научници су први пут чули гравитациону арију.
Сличан садржај
- Пет ствари које треба знати о гравитацијским таласима
- Седам једноставних начина за које знамо да је Ајнштајн био у праву (за сада)
Док су се две црне рупе спирално мотале једна према другој и спојиле се, створиле су пукотине у ткиву космоса у тачно облику у којем су физичари предвиђали век: гравитациони таласи. Откривен данас током скупа међународних конференција за штампу, сигнал утире пут ка потпуно новом разумевању универзума.
"Ово је први пут да нам је свемир говорио путем гравитационих таласа. До сада смо били глуви", изјавио је данас директор лабораторија ЛИГО, Давид Реитзе, са Универзитета на Флориди, на конференцији за штампу у Васхингтону, ДЦ
У основи гравитационих таласа налази се теорија гравитације Алберта Ајнштајна која каже да било шта са масом прекрива саму тканину простора-времена. Када се масивни објекти померају, они стварају изобличења у космичкој тканини, стварајући гравитационе таласе. Ови таласи валове кроз свемир попут звучних таласа који пулсирају кроз ваздух.
Аинстеинова теорија предвиђа да свемир пличи гравитационим таласима, али до сада их нисмо могли детектовати, делом јер су таласи изузетно слаби. Али и пре него што су њени надограђени инструменти званично постали на мрежи прошле године, Ласер интерферометар гравитациони таласни опсерваториј (ЛИГО) покупио је јасан сигнал снажног судара двеју црних рупа удаљених 1, 3 милијарде светлосних година.
„Откривање гравитационог таласног сигнала док ЛИГО још увек није близу дизајнерске осетљивости на првој научној вожњи је запањујуће, на добар начин је падајући чељусти“, каже Јоан Центрелла, која је руководила Гравитационом астрофизичком лабораторијом у НАСА-ином свемирском лету Годдард. Центар пре него што постане заменик директора одељења за астрофизичку науку у Годдарду.
То одушевљење искочило је кроз ЛИГО-ову Ливингстон, Лоуисиану, опсерваторију и остатак света док се тим огласио. Скоро све што су астрономи научили о космосу долази из различитих облика светлости, као што су видљиви, радио таласи и Кс-зраци. Али баш као што сеизмички таласи могу открити скривене структуре дубоко у Земљи, гравитациони таласи носе са собом информације о скривеним својствима свемира које чак ни светлост не може открити.
„Започели смо с ризичним послом са врло високим потенцијалним исплативањем“, рекао је током конференције за штампу Кип Тхорне, суоснивач ЛИГО-а и гравитациони физичар са Калифорнијског технолошког института. "И данас смо овде са сјајним тријумфом - потпуно новим начином посматрања универзума."
Еарли Цлуес
Лов за гравитационим таласима почео је пре век, објављивањем Аинстеинове опште теорије релативности. Средином 1970-их, физичари Русселл А. Хулсе и Јосепх Х. Таилор, Јр., Прикупили су изузетно уверљиве доказе да ове таласе постоје. Они су мерили време које је требало да две густе неутронске звезде - здробљене језгре некад масивних звезда - једни другима орбитирају.
На основу Еинстеиновог рада знали су да ове звезде треба да зраче гравитациону енергију док се врте, а та изгубљена енергија требало би да их натера да се спирали једна према другој. Након проучавања двеју звезда током наредних неколико година, видели су да се орбита смањује тачно за износ предвиђен општу релативност.
Иако је тај налаз заслужио дуел Нобелову награду за физику 1993. године, већина физичара не би га назвала директним откривањем гравитационих таласа.
ЛИГО је 2001. године почео да ради на две локације удаљене 1.875 миља - једна у Ливингстону, Лоуисиана, а друга у Ханфорду, Васхингтон. Неколико година касније, европски гравитациони телескопски телескоп Девица такође је стигао на мрежу. Обоје су радили до 2010, односно 2011, пре него што су се офлајн покренули за надоградње.
Док су се научници надали да ће ове почетне опсерваторије ухватити гравитационе таласе, знали су да је то дугачак снимак. Ове варалице су веома слаби сигнали, а инструменти нису били довољно осетљиви да чују њихов шапат. Али почетна вођења служе као тестови технологије за инструменте нове генерације.
Дјевица се и даље надограђује, али ЛИГО тим је обавио свој рад на оба детектора 2015. године. Сада звани Адванцед ЛИГО, опсерваторије Лоуисиане и Васхингтон слушале су гравитационе таласе током прве вожње посматрања науке између 18. септембра 2015. и 12. јануара, 2016. Данас објављени сигнал снимљен је непосредно пре прве службене вожње, јер је тим вршио оперативне тестове детектора.
Ласерска прецизност
Осећање таласа како пролази кроз Земљу захтевало је много паметног инжењерства, снаге рачунара и више од 1.000 научника који раде широм света.
Унутар сваке опсерваторије ЛИГО у облику слова Л налази се место сусрета две окомите цеви. Ласер пролази кроз инструмент који дели светлост тако да две зраке путују отприлике 2, 5 миље низ сваку цев. Огледала на крајевима цеви одражавају светло према свом извору, где чека детектор.
Обично нема светла на детектору. Али када гравитациони талас ипак прође, требао би се истезати и косити простор-време по предвидивом обрасцу, ефективно мењајући дужине цеви за ситну количину - редоследом једне хиљаде пречника протона. Затим ће мало светла слетети на детектор.
Да би се објасниле невероватно мале промене, огледала инструмента су причвршћена за сложене системе који их изолишу од већине вибрација. Научници ЛИГО-а такође имају посебне рачунарске програме који могу филтрирати кроз разне врсте позадинске буке, попут повремених подрхтавања и утврдити да ли се било који долазни сигнал подудара са могућим астрономским изворима израчунатим коришћењем опште релативности.
Сајтови Лоуисиане и Васхингтон раде заједно како би верификовали увиђај. „Не верујемо да видимо гравитациони талас уколико оба детектора не виде исти сигнал током времена које би гравитациони талас требао да путује између два места“, каже члан тима ЛИГО Амбер Стувер са Универзитета Лоуисиана Стате. У овом случају талас је прошао кроз Земљу и погодио два детектора у размаку од само седам милисекунди.
Једном када локација Луизијане и Вашингтона открију могућу гравитацијску мелодију, научници ће радити на анализи. ЛИГО је прихватио овај сигнал 14. септембра, али тек сада може са великом сигурношћу да је видео гравитационе таласе.
"Требали су нам месеци пажљиве провере, поновне провере, анализе, рада са свим подацима, да бисмо били сигурни у виђење", рекао је Реитзе током ДЦ догађаја. "И сами смо се уверили да је то случај." Резултати се појављују ове недеље у Физичким прегледним писмима .
Поглед из ваздуха на ЛИГО детектор у Ливингстону у Луизијани. (ЛИГО лабораторија) Сигнал гравитационог таласа који су астрономи извукли из најновијих опсервација одговарао је ономе што су очекивали за две црне рупе које се спирално окрећу једна према другој. Плес шаље гравитационе таласе предвидивом фреквенцијом и снагом, у зависности од тога колико су предмети удаљени и од њихове масе.
Како почињу да плешу ближе, таласне дужине гравитационих таласа се смањују и њихова песма допире до виших тонова. Када се црне рупе затварају за крајњи загрљај, сигнал гравитационог таласа има једну коначну високу ноту, или „цврктање“, како га астрономи називају.
Сигнал из септембра лепо се поклапа са оним што би тим очекивао од две црне рупе са масама једнаким око 29 и 36 пута већим од сунчеве масе. Те црне рупе стиснуле су се заједно да би створиле нову црну рупу 62 пута већу од сунчеве масе - зрачећи 3 соларне масе у вредности гравитационе енергије.
Очекујте неочекивано
Овим почетним откривањем астрономи се надају да ће напредни ЛИГО наставити да хвата гравитационе таласе и започиње прикупљање података за све врсте научних студија, од проналажења начина на који супернова функционира до учења о првим тренуцима универзума. Иако ниједан други астрономски телескоп није видео никакав знак овог судара у црну рупу, неки од других извора који Адванцед ЛИГО тражи требало би да имају палете видљиве телескопима који снимају светлост.
Ово изгледа посебно обећавајуће имајући у виду да Напредни ЛИГО још увек није у потпуности пун осетљивости. До тога ће доћи у наредних неколико година, каже Стувер.
Сваки од ових сигнала дат ће астрономима оно што никада раније нису имали: начин да се испитају екстремни случајеви гравитације и кретања невидљивих објеката. Још узбудљивије, астрономи знају да нас са сваким технолошким напретком универзум може изненадити.
"Сваки пут када смо гледали на нови начин и другачију врсту светлости, откривамо нешто што нисмо очекивали да ћемо пронаћи", каже Стувер. "И то је оно неочекивано што револуционише наше разумевање универзума." Не дуго након што су астрономи окренули радио-антене на небу, открили су неочекивану врсту неутронске звезде која се зове пулсар. И, можда поетично, то је била пулсар и неутронска звезда која је извела орбитални плес који су Хулсе и Таилор студирали 1970-их.
Сада, у зору астрономије гравитационог таласа, научници имају ново средство за узорковање космоса. И из звука тога, ми смо за лепу музику.
Напомена уредника: Припадност Јоан Центрелла исправљена је.
