Ve vesmíru je zvuk, díky gravitačním vlnám

dlouho se říkalo, že v prostoru není žádný zvuk, a to je pravda, do určité míry. Konvenční zvuk vyžaduje střední cestovat, a vzniká, když se částice komprimovat-a-rarify, takže nic z hlasité „prásk“ pro jeden puls na konzistentní tón pro opakující se vzory. V prostoru, kde je tak málo částic, které žádné takové signály umřít pryč, ani sluneční erupce, supernovy, černé díry, fúzí, a jiných kosmických katastrof, tichý, než se to kdy slyšel. Ale tam je jiný typ komprese-a-ředění, který nevyžaduje nic jiného než struktura samotného vesmíru cestovat přes: gravitační vlny. Díky prvním pozitivním výsledkům detekce od LIGO slyšíme vesmír vůbec poprvé.

Gravitační vlny byly něco, co potřeboval existují pro naši teorii gravitace, aby být v souladu, podle Obecné teorie Relativity. Na rozdíl od newtonovy gravitace, kde žádné dvě masy obíhajících navzájem zůstane v konfiguraci navždy, Einsteinova teorie předpověděla, že po dostatečně dlouhé době, gravitační dráhy by kazu. Pro něco jako země obíhající kolem Slunce, nikdy byste se toho nedožili: trvalo by 10^150 let, než by se země spirála do slunce. Ale u extrémnějších systémů, jako jsou dvě neutronové hvězdy obíhající jeden druhého, jsme mohli skutečně vidět, jak se oběžné dráhy časem rozpadají. Aby se šetřila energie, Einsteinova teorie gravitace předpověděla, že energie musí být unesena ve formě gravitačních vln.

Tyto vlny jsou šíleně slabá, a jejich účinků na předměty v časoprostoru jsou překvapivě malé. Ale pokud víte, jak je poslouchat-stejně jako komponenty rádia vědí, jak poslouchat ty dlouhofrekvenční světelné vlny — můžete tyto signály detekovat a slyšet je stejně jako jakýkoli jiný zvuk. S amplitudou a frekvencí se neliší od žádné jiné vlny. Obecná relativita explicitně předpovídá, jak by tyto vlny měly znít, přičemž největší signály generující vlny jsou nejjednodušší k detekci. Největší amplituda zní vše? Je to inspirační a splývající „cvrkot“ dvou černých děr, které se spirály do sebe.

v září 2015, jen několik dní poté, co advanced LIGO začal sbírat data poprvé, byl zaznamenán velký, neobvyklý signál. Překvapilo to každého, protože by během krátkého 200 milisekundového výbuchu nesl tolik energie, že by zastínil všechny hvězdy v pozorovatelném vesmíru dohromady. Přesto, že signál se ukázalo být robustní, a energie, že to přišlo ze dvou černých děr — 36 a 29 sluncí — slučování do jediné 62 sluneční hmoty. Ty chybějící tři sluneční hmoty? Byly přeměněny na čistou energii: gravitační vlny vlnící se strukturou vesmíru. To byla první událost, kterou LIGO kdy zjistil.

Nyní je to více než rok později, a LIGO je v současné době na její druhý běh. Nejen, že byly detekovány další fúze černé díry a černé díry, ale budoucnost astronomie gravitačních vln je jasná, protože nové detektory otevřou naše uši novým typům zvuků. Space interferometry, jako LISA, bude mít delší linií a uslyšíte nižší frekvence zvuků: zvuky jako neutronová hvězda fúzí, hodování supermasivní černé díry, a fúze s velmi nestejné masy. Pulsarová časovací pole mohou měřit ještě nižší frekvence, jako jsou oběžné dráhy, které trvají roky, jako je supermasivní pár černých děr: OJ 287. A kombinace nových technik bude hledat nejstarší gravitační vlny, relikvie vlny předpověděl kosmické inflace, celou cestu zpět na začátek našeho Vesmíru.

je toho tolik slyšet a my jsme teprve začali poslouchat poprvé. Naštěstí, astrofyzik Janna Levin — autor fantastická knížka, Černá Díra Blues a Dalších Písní z Vesmíru — je připraven se dát na veřejné přednášce v Perimeter Institute dnes, 3. Května, v 7 HODIN Východní / 4 HOD Pacifiku, a to bude živé vysílání tady a žít-blozích, které mi v reálném čase! Připojte se k nám a získejte ještě více o tomto neuvěřitelném tématu, a nemůžu se dočkat, až uslyším její řeč.

živý blog začne několik minut před 4: 00 pm Pacific; připojte se k nám a sledujte nás!

3: 50 PM: je to deset minut do showtime a na oslavu je zde deset zábavných faktů (nebo tolik, kolik se můžeme dostat) o gravitaci a gravitačních vlnách.

1.) Místo „působení na dálku“, kde neviditelná síla působící mezi masy, obecná teorie relativity říká, že hmota a energie warp časoprostoru, a že zborcený prostoročas je to, co se projevuje jako gravitace.

2.) Namísto cestování nekonečnou rychlostí se gravitace pohybuje pouze rychlostí světla.

3.) To je důležité, protože to znamená, že pokud dojde ke změnám polohy, konfigurace, pohybu atd., následné gravitační změny se šíří pouze rychlostí světla.

3:54 PM: 4.) To znamená, že například gravitační vlny se mohou šířit pouze rychlostí světla. Když „detekujeme“ gravitační vlnu, detekujeme signál z doby, kdy se změnila konfigurace hmoty.

5.) První signál detekovaný LIGO se objevil ve vzdálenosti přibližně 1,3 miliardy světelných let. Vesmír byl asi o 10% mladší než dnes, když k této fúzi došlo.

6.) Pokud by gravitace cestovala nekonečnou rychlostí, planetární oběžné dráhy by byly zcela nestabilní. Skutečnost, že planety se pohybují v elipsách kolem Slunce, nařizuje, že pokud je obecná relativita správná, rychlost gravitace se musí rovnat rychlosti světla s přesností asi 1%.

3: 57 hod.: 7.) Existuje mnoho, mnoho dalších gravitačních vln signály, než to, co LIGO viděl tak daleko, jsme detekován pouze nejjednodušší signál tam je odhalit.

8.) To, co dělá signál „snadno“ vidět, je kombinace jeho amplitudy, to znamená, jak moc může deformovat délku dráhy nebo Vzdálenost v prostoru, stejně jako jeho frekvenci.

9.) Protože ramena LIGO jsou dlouhá pouze 4 kilometry a zrcadla odrážejí světlo tisíckrát (ale ne více), znamená to, že LIGO dokáže detekovat pouze frekvence 1 Hz nebo rychleji.

10.) Pro pomalejší signály potřebujeme delší páky a větší citlivost, a to bude znamenat jít do vesmíru. To je budoucnost astronomie gravitačních vln!

4: 01 PM: zvládli jsme to! Je čas začít a představit Jannu Levinovou! (Vyslovte „JAN-na“, ne „YON-na“, pokud vás to zajímá.)

4: 05 PM: Zde je velké oznámení / výstřel: první přímý záznam první gravitační vlny. Trvalo to 100 let poté, co Einstein poprvé představil obecnou relativitu, a ona hraje nahrávku! Ujistěte se, že jdete a poslouchejte! Co to vlastně znamená „Slyšet“ zvuk ve vesmíru a proč je to zvuk? To je podle ní účel její řeči.

4: 08 PM: pokud vezmete v úvahu to, co je ve vesmíru, neměli jsme v době Galilea žádný způsob, jak to vědět. Přemýšleli jsme o slunečních skvrnách, Saturn, atd., a nebyli zcela schopni si představit velké kosmické váhy nebo vzdálenosti. Zapomeňte na „početí jiných galaxií“, nic z toho jsme si nevymysleli!

16: 10: Janna ukazuje jedno z mých oblíbených videí (které poznávám) z průzkumu Sloan Digital Sky Survey! Provedli průzkum 400 000 nejbližších galaxií a zmapovali je ve třech rozměrech. Takto vypadá náš (blízký) vesmír, a jak vidíte, je to opravdu většinou prázdný prostor!

16: 12: Dělá opravdu skvělý bod, který úplně glosuje: pouze asi 1-in-1000 hvězd se někdy stane černou dírou. Do 30 světelných let od nás je přes 400 hvězd a nula z nich jsou hvězdy O nebo B a nula z nich se stala černými dírami. Tyto nejmodřejší, nejhmotnější a nejkratší hvězdy jsou jediné, které vyrostou v černé díry.

4:15 PM: Když si uvědomíte, „kde se Einsteinova teorie pochází,“ Janna je skvělý bod: myšlenka, princip ekvivalence. Pokud máte gravitaci, můžete zvážit, že se například ve své židli cítíte „těžce“. Ale tato reakce, která je přesně stejnou reakci byste se cítili, kdybyste byli zrychluje, spíše než klesat. Není to gravitace, kterou cítíte, jsou to účinky hmoty kolem vás!

4: 17: kapela OKGO natočila video letící ve zvratné kometě. Janna nemůže ukázat celou věc, se zvukem, z důvodů autorských práv, a vřele to doporučuje. Naštěstí pro vás, díky internetu… tady to je! Užijte si ve svém volném čase!

4:19 PM: Tam je další obrovské zjevení pro gravitaci: způsob, jakým jsme se pochopit, jak věci fungují, pochází ze sledování, jak věci padají. Měsíc „padá“ kolem Země; Newton si to uvědomil. Ale země padá kolem Slunce; slunce“ padá „kolem galaxie; a atomy „padají“ zde na Zemi. Ale stejné pravidlo platí pro všechny, pokud jsou všichni ve volném pádu. Úžasné!

4:21 PM: Zde je zábavná zjevení: přestaň myslet černé díry, jak se zhroutil, drcené hmoty, i když by to mohlo být, jak to vzniklo. Místo toho o tom přemýšlejte jako o oblasti prázdného prostoru se silnými gravitačními vlastnostmi. Ve skutečnosti, pokud vše, co jste udělali, bylo přiřadit „hmotnost“ této oblasti prostoru, to by dokonale definovalo Schwarzschildovu (nenabitou, nerotující) černou díru.

4: 23 PM: Pokud jste se pádu do černé díry o hmotnosti Slunce, budeš mít o mikrosekundu, od překročení horizontu událostí (podle Janna), dokud jste byli rozdrceni k smrti v singularity. To je v souladu s tím, co jsem kdysi vypočítal, kde pro černou díru ve středu Mléčné dráhy bychom měli asi 10 sekund. Od Mléčné dráhy je černá díra je 4.000.000 krát hmotnější než naše Slunce, matematika funguje!

4: 26 PM: jak byste detekovali gravitační vlnu? Upřímně, bylo by to jako být na povrchu oceánu; byste bob nahoru a dolů po povrchu vesmíru, a tam byl velký argument ve společenství, zda tyto vlny byly skutečné nebo ne. To nebylo dokud Joe Weber přišel a rozhodl se zkusit a změřit tyto gravitační vlny, pomocí fenomenální zařízení-hliníkový panel-to by vibrovat, pokud vlnící se vlny „oškubané“ laťku velmi mírně.

Weber viděl mnoho takových signálů, které identifikoval s gravitačními vlnami, ale tyto, bohužel, nebyly nikdy reprodukovány ani ověřeny. Přes veškerou svou chytrost nebyl příliš pečlivým experimentátorem.

4:29 PM: Na Twitteru je dobrá otázka od Jona Grouberta: „mám otázku ohledně něčeho, co řekla – uvnitř černé díry je něco, že? Jako těžká neutronová hvězda.“Měla by existovat singularita, která je buď bodová (pro nerotující singularitu) nebo jednorozměrný kruh (pro rotující), ale ne kondenzovaná, zhroucená, trojrozměrná hmota.

proč ne?

protože aby zůstala jako struktura, musí se síla šířit a přenášet mezi částicemi. Částice však mohou přenášet síly pouze rychlostí světla. Ale nic, ani světlo, se nemůže pohybovat “ ven “ směrem k východu černé díry; všechno se pohybuje směrem k singularitě. A tak se nic neudrží a vše se zhroutí do singularity. Smutné, ale díky fyzice je to nevyhnutelné.

4:32 PM: Poté, co Weber selhání (a pád ze slávy), myšlenka letního slunovratu přišel o Rai Weiss v roce 1970. Trvalo více než 40 let pro LIGO přijít k uskutečnění (a více než 1000 lidí, aby se to stalo), ale nejúžasnější věc byla, že to bylo experimentálně možné. Vytvořením dvou velmi dlouhých pákových ramen jste mohli vidět účinek procházející gravitační vlny.

4: 34 PM: Toto je moje oblíbené video ilustrující, co gravitační vlna dělá. Pohybuje prostorem sám (a všechno v něm) tam a zpět o malé množství. Pokud máte nastavený laserový interferometr (jako LIGO), dokáže tyto vibrace detekovat. Ale pokud jste byli dost blízko a vaše uši byly dostatečně citlivé, cítili jste tento pohyb ve vašem ušním bubínku!

16: 35: Mám opravdu dobrá sluchátka, ale bohužel neslyším různé signály modelu gravitačních vln, které Janna hraje!

4:38 PM: je zábavné si myslet, že se jedná o nejpokročilejší vakuum na světě, uvnitř detektorů LIGO. Přesto ptáci, krysy, myši atd., jsou všichni pod ním, a žvýkají si cestu do téměř vakuové komory, kterou světlo prochází. Ale kdyby se vakuum rozbilo (od roku 1998 je konstantní), experiment by skončil. V Louisianě lovci stříleli na tunely LIGO. Je děsivé, jak citlivé a drahé toto zařízení je, ale přesto, jak křehké je to všechno, také.

4: 41 PM: Janna odvádí opravdu skvělou práci, když vypráví tento příběh napínavým, ale velmi lidským způsobem. Viděli jsme jen několik posledních oběžných drah dvou obíhajících černých děr, drasticky zpomalil ve výše uvedeném filmu. Byli jen několik set kilometrů od sebe, v těch posledních čtyřech drahách vzal 200 milisekund, a to je celý signál, že LIGO viděl.

4:43 PM: Pokud máte potíže poslech/slyšení události v talk, poslouchat na toto video (viz výše), v obou přírodní stoupání a zvýšené stoupání. Menší černé díry (zhruba 8 a 13 solárních hmot) od 26. Prosince 2015 jsou tišší a vyšší než větší (29 a 36 solárních hmot) od 14.září téhož roku.

4: 46 PM: jen malá oprava: Podle Janny šlo o nejsilnější událost od Velkého třesku. A to je pravda jen technicky, kvůli limitům naší detekce.

když dostaneme nějaké fúze černé díry, přibližně 10% hmotnosti nejméně masivní černé díry v páru fúze se přemění na čistou energii pomocí Einsteinova E = mc2. 29 solárních hmot je hodně, ale budou existovat černé díry stovek milionů nebo dokonce miliard solárních hmot, které se spojily dohromady. A máme důkaz.

4:49 PM: To je OJ 287, kde 150 milionů sluneční hmoty černá díra obíhá an ~18 miliard sluneční hmoty černé díry. To trvá 11 let pro kompletní oběžné dráze nastat, a Obecné Relativity předpovídá precese 270 stupňů na oběžné dráze, ve srovnání s 43 obloukových vteřin za století pro Rtuť.

4:51 PM: Janna udělal neuvěřitelnou práci končí na čas; nikdy jsem neviděl hodinu mluvit vlastně konec po 50 minutách na Obvodu veřejnou přednášku. Páni!

4:52 PM: Co by se stalo, kdyby Zemi dostal nasáván do černé díry? (Q&otázka Z Max. I když Janna dává skvělou odpověď, rád bych upozornil, že z hlediska gravitačních vln by se země rozpadla a dostali bychom“ rozmazaný “ vlnový signál, to by byl mnohem hlučnější, statický signál. Jakmile Země spolkl, horizont událostí by se růst jen trochu, jako další tři miliontiny sluneční hmoty zvýšila černé díry poloměr jen to, že malý, odpovídající částka.

4:55 PM: jaká zábavná řeč, skvělá a pohotová Q&relace a celkově skvělý zážitek. Užijte si to znovu a znovu, protože video rozhovoru je nyní vloženo jako Trvalý odkaz. A díky za naladění!