Avaruudessa on ääntä, Kiitos gravitaatioaaltojen

on pitkään sanottu, että avaruudessa ei ole ääntä, ja se on totta, tiettyyn pisteeseen asti. Tavanomainen ääni vaatii väliaineen kulkea, ja syntyy, kun hiukkaset pakkaa-ja-rarify, jolloin mitään kovaa ”bang” yhden pulssin johdonmukainen sävy toistamiseen kuvioita. Avaruudessa, jossa on niin vähän hiukkasia, että tällaiset signaalit kuolevat pois, jopa auringonpurkaukset, supernovat, mustan aukon fuusiot ja muut kosmiset katastrofit hiljenevät ennen kuin niitä kuullaan. Mutta on olemassa toisenlainen puristus-ja mätänemistapa, joka ei vaadi muuta kuin avaruuden rakennetta kulkemaan läpi: gravitaatioaallot. LIGO: n ensimmäisten positiivisten havaintojen ansiosta kuulemme universumin ensimmäistä kertaa.

gravitaatioaallot olivat yleisen suhteellisuusteorian mukaan sellaisia, joiden piti olla olemassa, jotta painovoimateoriamme olisi johdonmukainen. Toisin kuin Newtonin painovoimassa, jossa mikä tahansa kaksi toisiaan kiertävää massaa pysyisi tässä kokoonpanossa ikuisesti, Einsteinin teoria ennusti, että riittävän pitkän ajan kuluessa gravitaatioradat hajoaisivat. Vaikka Maapallo kiertäisi aurinkoa, sitä ei koskaan eläisi: kestäisi 10^150 vuotta, ennen kuin maa kiertyisi aurinkoon. Mutta äärimmäisemmissä järjestelmissä, kuten kaksi neutronitähteä, jotka kiertävät toisiaan, voimme nähdä kiertoratojen rappeutuvan ajan myötä. Energian säästämiseksi Einsteinin painovoimateoria ennusti, että energia täytyy kuljettaa pois gravitaatioaaltoina.

nämä aallot ovat mielettömän heikkoja, ja niiden vaikutukset aika-avaruuden kohteisiin ovat ällistyttävän pieniä. Mutta jos osaat kuunnella niitä — aivan kuten radion komponentit osaavat kuunnella noita pitkätaajuisia valoaaltoja-voit havaita nämä signaalit ja kuulla ne aivan kuten minkä tahansa muunkin äänen. Amplitudilla ja taajuudella ne eivät eroa muista aalloista. Yleinen suhteellisuusteoria esittää täsmällisiä ennusteita siitä, miltä näiden aaltojen pitäisi kuulostaa, ja suurimmat aaltoa tuottavat signaalit ovat helpoimmin havaittavia. Suurin amplitudi kuulostaa kaikki? Se on kahden toisiinsa kiertyvän mustan aukon inspiraalinen ja sulautuva ”Sirp”.

syyskuussa 2015, vain päiviä sen jälkeen kun advanced LIGO alkoi kerätä dataa ensimmäistä kertaa, havaittiin suuri, epätavallinen signaali. Se yllätti kaikki, koska se olisi kuljettanut niin paljon energiaa vain lyhyessä, 200 millisekunnin purkauksessa, että se olisi ylittänyt kaikki havaittavan maailmankaikkeuden tähdet yhteensä. Signaali osoittautui kuitenkin vahvaksi, ja tuon purkauksen energia tuli kahdesta mustasta aukosta — 36 ja 29 Auringon massaa — sulautuen yhdeksi 62 auringon massaiseksi. Niistä puuttuu kolme Auringon massaa? Ne muuttuivat puhtaaksi energiaksi: gravitaatioaalloiksi, jotka riepottelivat avaruuden rakenteita. Se oli ensimmäinen tapahtuma, jonka LIGO havaitsi.

nyt on kulunut yli vuosi, ja LIGO on parhaillaan toisella ajolla. Sen lisäksi, että muitakin mustan aukon ja mustan aukon fuusioita on havaittu, gravitaatioaaltotähtitieteen tulevaisuus on valoisa, sillä uudet ilmaisimet avaavat korvamme uudenlaisille äänille. AVARUUSINTERFEROMETREILLÄ, kuten Lisalla, on pidempi perusviiva ja ne kuulevat matalammataajuisia ääniä: ne kuulostavat neutronitähtien fuusioilta, supermassiivisten mustien aukkojen herkuttelulta ja fuusioilta, joiden massat ovat hyvin epätasa-arvoisia. Pulsarien ajoitusmatriiseilla voidaan mitata jopa matalampia taajuuksia, kuten kiertoratoja, joiden valmistuminen kestää vuosia, kuten supermassiivinen mustan aukon pari: OJ 287. Ja uusien tekniikoiden yhdistelmät etsivät kaikkein vanhimpia gravitaatioaaltoja, kosmisen inflaation ennustamia reliikkiaaltoja, aina universumimme alussa.

on niin paljon kuultavaa, ja olemme vasta aloittaneet kuuntelun ensimmäistä kertaa. Onneksi astrofyysikko Janna Levin-fantastisen kirjan Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space-kirjoittaja – on valmis pitämään yleisöluennon Kehä-instituutissa tänä iltana, 3. toukokuuta, klo 19 Itä – / 16 Tyynenmeren alueella, ja se on live-striimattu täällä ja live-blogged by me reaaliajassa! Liity meihin sitten vielä lisää tästä uskomattomasta aiheesta, ja en malta odottaa kuulla hänen puhuvan.

liveblogi alkaa muutamaa minuuttia ennen kello 16.00; Liity meihin ja seuraa mukana!

3:50 PM: esitykseen on kymmenen minuuttia, ja sen kunniaksi tässä kymmenen hauskaa faktaa (tai niin monta kuin ehdimme) painovoimasta ja gravitaatioaalloista.

1.) Sen sijaan, että ”kaukainen toiminta”, jossa massojen välille kohdistuu näkymätön voima, yleinen suhteellisuusteoria sanoo, että aine ja energia vääristävät aika-avaruuden rakennetta ja että vääristynyt aika-avaruus ilmenee gravitaationa.

2.) Sen sijaan, että gravitaatio kulkisi äärettömällä nopeudella, se kulkee vain valon nopeudella.

3.) Tämä on tärkeää, koska se tarkoittaa, että jos massiivisen objektin sijaintiin, konfiguraatioon, liikkeeseen jne.tapahtuu muutoksia. siitä seuraavat gravitaatiomuutokset etenevät vain valon nopeudella.

3:54 PM: 4.) Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi gravitaatioaallot voivat edetä vain valonnopeudella. Kun” havaitsemme ” gravitaatioaallon, havaitsemme signaalin siitä, kun massakonfiguraatio muuttui.

5.) Ensimmäinen ligon havaitsema signaali tapahtui noin 1,3 miljardin valovuoden etäisyydellä. Universumi oli noin 10% nuorempi kuin nykyään, kun fuusio tapahtui.

6.) Jos gravitaatio kulkisi äärettömällä nopeudella, planeettojen kiertoradat olisivat täysin epävakaita. Se, että planeetat liikkuvat ellipseinä Auringon ympärillä, pakottaa siihen, että jos yleinen suhteellisuusteoria pitää paikkansa, painovoiman nopeuden on vastattava valonnopeutta noin 1%: n tarkkuudella.

3: 57 PM: 7.) Gravitaatioaaltosignaaleja on paljon, paljon enemmän kuin mitä LIGO on tähän mennessä nähnyt; olemme havainneet vain helpoimman mahdollisen signaalin.

8.) Mikä tekee signaalin ”helppo” nähdä on yhdistelmä sen amplitudi, eli kuinka paljon se voi muuttaa polun pituus, tai etäisyys avaruudessa, sekä sen taajuus.

9.) Koska ligon käsivarret ovat vain 4 kilometriä pitkiä ja peilit heijastavat valoa tuhansia kertoja (mutta eivät enempää), se tarkoittaa, että LIGO voi havaita vain 1 Hz: n taajuuksia tai nopeampia.

10.) Hitaampiin signaaleihin tarvitaan pidempiä vipuvarsia ja suurempia herkkyyksiä, mikä tarkoittaa avaruuteen menoa. Se on gravitaatioaaltotähtitieteen tulevaisuus!

klo 16.01:me selvittiin! Aika aloittaa ja esitellä Janna Levin! (Äännä ”JAN-na”, ei ”YON-na”, jos mietit.)

4: 05: Tässä on iso ilmoitus/kuva: ensimmäinen suora tallenne ensimmäisestä gravitaatioaallosta. Meni 100 vuotta siitä, kun Einstein esitti suhteellisuusteorian, ja hän soittaa äänitettä! Mene kuuntelemaan! Mitä äänen ”kuuleminen” avaruudessa loppujen lopuksi merkitsee, ja miksi se on ääni? Se on hänen puheensa tarkoitus, hän sanoo.

4:08 PM: jos ajatellaan, mitä maailmankaikkeudessa on, emme voineet Galileon aikaan tietää tästä mitään. Ajattelimme auringonpilkkuja, Saturnusta jne., ja olivat täysin kykenemättömiä käsittämään suuria kosmisia mittakaavoja tai etäisyyksiä. Unohda ”muiden galaksien siittäminen”, emme olleet keksineet mitään tästä!

4: 10: Janna näyttää yhden suosikkivideoistani (jonka tunnistan) Sloan Digital Sky-kyselystä! He kartoittivat 400 000 lähintä galaksia ja kartoittivat ne kolmessa ulottuvuudessa. Tältä (läheinen) universumimme näyttää, ja kuten näette, se on todellisuudessa enimmäkseen tyhjää tilaa!

4: 12: Hän tekee todella hienon Pointin, jonka hän täysin kaunistelee: vain noin 1: 1000 tähdestä tulee koskaan musta aukko. 30 valovuoden säteellä meistä on yli 400 tähteä, joista nolla on O-tai B-tähtiä ja nolla niistä on muuttunut mustiksi aukoiksi. Vain nämä sinisimmät, massiivisimmat ja lyhytikäisimmät tähdet kasvavat mustiksi aukoiksi.

4: 15 PM: kun miettii ”mistä Einsteinin teoria on peräisin”, Janna tekee hienon Pointin: ekvivalenssiperiaatteen idean. Jos on painovoimaa, voi ajatella, että tuntuu esimerkiksi tuolissa ”raskaalta”. Mutta tämä reaktio, joka sinulla on, on täsmälleen sama reaktio, jonka tuntisit, jos kiihdyttäisit, sen sijaan että gravitoisoit. Kyse ei ole painovoimasta, vaan ympärillä olevan aineen vaikutuksista!

klo 16.17:OKGO-yhtye teki videon lentäen oksennuskomeetalla. Janna ei voi tekijänoikeussyistä näyttää koko juttua äänentoistolla ja suosittelee sitä korkealle. Onneksi sinulle, kiitos internetin… tässä se on! Nauti rauhassa!

4:19 PM: on toinenkin valtava ilmestys painovoimalle: tapa, jolla ymmärrämme, miten asiat toimivat, tulee katsomalla, miten asiat putoavat. Kuu ”putoaa” maapallon ympäri; Newton tajusi sen. Mutta maa putoaa Auringon ympäri; aurinko ” putoaa ”ympäri galaksia, ja atomit” putoavat ” tänne maan päälle. Mutta sama sääntö pätee kaikkiin, kunhan ne ovat vapaalaskussa. Uskomatonta!

4:21 PM: tässä hauska ilmestys: lakatkaa ajattelemasta mustaa aukkoa romahtaneena, murskautuneena aineena, vaikka se saattaisikin saada alkunsa siitä. Ajattele sitä sen sijaan vain tyhjän avaruuden alueena, jolla on voimakkaita gravitaatio-ominaisuuksia. Itse asiassa, jos kaikki mitä teit oli määrittää ”massa” tälle alueelle avaruudessa, se olisi täydellisesti määritellä Schwarzschild (ei-ladattu, ei-pyörivä) musta aukko.

4: 23: Jos putoaisit auringon massaiseen mustaan aukkoon, sinulla olisi noin mikrosekunti, tapahtumahorisontin ylittämisestä (Jannan mukaan) siihen asti, kun murskaudut kuoliaaksi singulariteetissa. Tämä on yhdenmukaista sen kanssa, mitä kerran laskin, jossa, mustalle aukolle Linnunradan keskustassa, meillä olisi noin 10 sekuntia aikaa. Koska Linnunradan musta aukko on 4000000 kertaa suurempi kuin Aurinkomme, matematiikka toimii!

4:26: miten havaitsisit gravitaatioaallon? Rehellisesti sanottuna, se olisi kuin olisi meren pinnalla; Sinä hyppäisit ylös ja alas avaruuden pinnalla, ja yhteisössä oli suuri riita siitä, olivatko nämä aallot todellisia vai eivät. Vasta Joe Weber tuli paikalle ja päätti yrittää mitata gravitaatioaallot ilmiömäisellä laitteella-alumiinitangolla – joka värisisi, jos värisevä Aalto ”nyppisi” tangon hyvin vähän.

Weber näki monia sellaisia signaaleja, jotka hän samaistui gravitaatioaaltoihin, mutta näitä ei valitettavasti koskaan toistettu tai vahvistettu. Hän ei ollut älykkyydestään huolimatta kovin huolellinen kokeilija.

4: 29 PM: Jon Groubertilta on hyvä kysymys Twitterissä: ”I have a question about something she said-there is something inside a black hole, isn’ t there? Kuin raskas neutronitähti.”Pitäisi olla singulariteetti, joka on joko pistemäinen (ei-pyörivälle singulariteetille) tai yksiulotteinen rengas (pyörivälle), mutta ei tiivistynyt, romahtanut, kolmiulotteinen aine.

miksi ei?

koska pysyäkseen rakenteena voiman täytyy lisääntyä ja siirtyä hiukkasten välillä. Hiukkaset voivat kuitenkin lähettää voimia vain valonnopeudella. Mutta mikään, ei edes valo, voi liikkua ”ulospäin” kohti mustan aukon uloskäyntiä; kaikki liikkuu kohti singulariteettia. Mikään ei kestä itseään, ja kaikki romahtaa singulariteettiin. Surullista, mutta fysiikka tekee tästä väistämätöntä.

4:32 PM: Weberin epäonnistumisten (ja kuuluisuudesta putoamisen) jälkeen idea LIGOSTA tuli Rai Weissiltä 1970-luvulla. ligon toteutuminen kesti yli 40 vuotta (ja yli 1 000 ihmistä toteutti sen), mutta fantastisinta oli, että se oli kokeellisesti mahdollista. Tekemällä kaksi hyvin pitkää vipuvartta pystyi näkemään ohikulkevan gravitaatioaallon vaikutuksen.

klo 16.34:tämä on suosikkivideoni, joka havainnollistaa, mitä gravitaatioaalto tekee. Se liikuttaa itse avaruutta (ja kaikkea siinä olevaa) edestakaisin pienen määrän. Jos sinulla on laserinterferometri (kuten LIGO), se voi havaita nämä värähtelyt. Mutta jos olisit tarpeeksi lähellä ja korvasi olisivat tarpeeksi herkät, voisit tuntea tämän liikkeen tärykalvossasi!

4: 35: Mulla on tosi hyvät kuulokkeet, kehä, mutta valitettavasti en kuule niitä erilaisia gravitaatioaaltomallin signaaleja, joita Janna soittaa!

klo 16.38:on hassua ajatella, että kyseessä on maailman kehittynein tyhjiö, LIGO-ilmaisimien sisällä. Silti linnut, rotat, hiiret jne. ne pureskelevat tiensä lähes tyhjiökammioon, jonka läpi valo kulkee. Mutta jos tyhjiö olisi rikkoutunut (se on ollut vakio vuodesta 1998), kokeilu olisi ollut ohi. Louisianassa metsästäjät ampuivat LIGO-tunneleita. On kauhistuttavaa, miten herkkä ja kallis tämä laite on, mutta kuitenkin, kuinka hauras se kaikki on, liian.

klo 16.41:Janna tekee todella hienoa työtä kertoessaan tämän tarinan jännityksellä, mutta hyvin inhimillisellä tavalla. Näimme vain muutaman viimeisen kiertoradan kahdesta kiertävästä mustasta aukosta, jotka hidastuivat rajusti edellä mainitussa elokuvassa. Ne olivat vain muutaman sadan kilometrin päässä toisistaan, viimeiset neljä kierrosta kestivät 200 millisekuntia, ja siinä oli koko ligon näkemä signaali.

klo 16:43: jos sinulla on vaikeuksia kuunnella / kuulla puheen tapahtumia, Kuuntele tämä video (yllä) sekä luonnollisella sävelkorkeudella että korotetulla sävelkorkeudella. Pienemmät mustat aukot (noin 8 ja 13 Auringon massaa) 26.joulukuuta 2015 ovat hiljaisempia ja korkeampia kuin suuremmat (29 ja 36 Auringon massaa) 14. syyskuuta samana vuonna.

klo 16:46: vain pieni korjaus: Jannan mukaan kyseessä oli voimakkain alkuräjähdyksen jälkeen havaittu tapahtuma. Ja se on vain teknisesti totta, koska meidän havaitsemisemme on rajallista.

kun musta aukko fuusioituu, noin 10% fuusioparin vähiten massiivisen mustan aukon massasta muuttuu puhtaaksi energiaksi Einsteinin E = mc2: n kautta. 29 Auringon massaa on paljon, mutta siellä tulee olemaan satojen miljoonien tai jopa miljardien auringon massojen mustia aukkoja, jotka ovat sulautuneet yhteen. Meillä on todisteita.

4:49 PM: tämä on EYVL 287, jossa 150 miljoonan Auringon massainen musta aukko kiertää ~18 miljardin auringon massaista mustaa aukkoa. Täydellinen kiertorata kestää 11 vuotta, ja yleinen suhteellisuusteoria ennustaa prekession olevan 270 astetta kiertorataa kohti, kun taas Merkuriuksen Prekessio on 43 kaarisekuntia vuosisadassa.

4:51 PM: Janna teki uskomattoman työn päättyen ajoissa tänne; en ole koskaan nähnyt tunnin puheen oikeasti päättyvän 50 minuutin jälkeen Kehä yleisöluennolla. Vau!

4:52: mitä tapahtuisi, jos maa joutuisi imaistuksi mustaan aukkoon? (Q&kysymys Maxilta.) Vaikka Janna antaa loistavan vastauksen, haluaisin huomauttaa, että gravitaatioaallon näkökulmasta Maapallo repeilisi kappaleiksi ja saisimme” tuhritun ” aaltosignaalin, se olisi paljon äänekkäämpi, staattinen signaali. Kun maa nielaistaisiin, tapahtumahorisontti kasvaisi vain pikkuriikkisen, kun ylimääräinen kolme miljoonasosaa Auringon massasta lisäsi mustan aukon sädettä juuri tuon pienen, vastaavan määrän.

4:55 PM: mikä hauska puhe, hieno ja reipas Q&sessio, ja hieno kokemus kaiken kaikkiaan. Nauti siitä uudestaan ja uudestaan, sillä video puheesta on nyt upotettu permalinkiksi. Ja kiitos kun tunkeuduit!