a fekete lyukak egyesítése az objektumok egyik osztálya, amely bizonyos frekvenciájú gravitációs hullámokat hoz létre… és amplitúdókat. Az olyan detektoroknak köszönhetően, mint a LIGO, hallhatjuk ezeket a hangokat, amint előfordulnak.
LIGO, NSF, A. Simonnet (SSU)
régóta azt mondják, hogy nincs hang az űrben, és ez igaz, egy bizonyos pontig. A hagyományos hangnak médiumra van szüksége az áthaladáshoz, és akkor jön létre, amikor a részecskék összenyomódnak és rarifikálódnak, bármit létrehozva az egyetlen impulzus hangos “durranásától” az ismétlődő minták következetes hangjáig. Az űrben, ahol olyan kevés részecske van, hogy az ilyen jelek elhalnak, még a napkitörések, szupernóvák, fekete lyukak összeolvadása és más kozmikus katasztrófák is elnémulnak, mielőtt meghallanák őket. De van egy másik típusú tömörítés és ritkítás, amely nem igényel mást, mint maga a tér szövete, hogy áthaladjon: gravitációs hullámok. A LIGO első pozitív észlelési eredményeinek köszönhetően először halljuk az univerzumot.
két összeolvadó fekete lyuk. Az inspirál eredményeként a fekete lyukak összejönnek, míg… a gravitációs hullámok elszállítják a felesleges energiát. Ennek eredményeként a háttér térideje torzul.
sxs, a szimuláló extrém Spacetimes (SxS) projekt (http://www.black-holes.org)
a gravitációs hullámoknak léteznie kellett ahhoz, hogy gravitációs elméletünk következetes legyen, az általános relativitáselmélet szerint. Ellentétben Newton gravitációjával, ahol bármely két, egymás körül keringő tömeg örökre ebben a konfigurációban marad, Einstein elmélete azt jósolta, hogy elég hosszú idő alatt a gravitációs pályák bomlanak. Valami olyasmihez, mint a Nap körül keringő föld, soha nem élnéd meg, hogy megtapasztald: 10^150 évbe telne, amíg a Föld spirálba kerül a napba. De az extrémebb rendszerek esetében, mint például két neutroncsillag, amelyek egymás körül keringenek, valójában láthattuk, hogy a pályák idővel bomlanak. Az energiamegtakarítás érdekében Einstein gravitációs elmélete azt jósolta, hogy az energiát gravitációs hullámok formájában kell elvinni.
mivel két neutroncsillag kering egymás körül, Einstein általános relativitáselmélete megjósolja az orbitális pályát… a bomlás és a gravitációs sugárzás kibocsátása. Az előbbit évek óta nagyon pontosan megfigyelték, amint azt az is bizonyítja, hogy a pontok és a vonal (GR-előrejelzés) nagyon jól illeszkednek egymáshoz.
NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer
ezek a hullámok őrülten gyengék, és a téridőben a tárgyakra gyakorolt hatásuk elképesztően kicsi. De ha tudod, hogyan kell meghallgatni őket — ahogy a rádió komponensei tudják, hogyan kell hallgatni ezeket a hosszú frekvenciájú fényhullámokat -, akkor észlelheted ezeket a jeleket, és hallhatod őket, mint bármely más hangot. Amplitúdóval és frekvenciával nem különböznek a többi hullámtól. Az általános relativitáselmélet kifejezett előrejelzéseket tesz arra vonatkozóan, hogy ezeknek a hullámoknak hogyan kell hangzaniuk, a legnagyobb hullámgeneráló jeleket a legkönnyebben észlelni. A legnagyobb amplitúdó hangzik? Ez két fekete lyuk inspirálója és összeolvadó “csiripelése”, amelyek egymásba spirálnak.
2015 szeptemberében, néhány nappal azután, hogy az advanced LIGO megkezdte az adatok gyűjtését, egy nagy, szokatlan jelet észleltek. Mindenkit meglepett, mert annyi energiát szállított volna csak egy rövid, 200 milliszekundumos robbanás alatt, hogy a megfigyelhető univerzum összes csillagát együttvéve felülmúlta volna. Ennek ellenére a jel robusztusnak bizonyult, és a kitörésből származó energia két fekete lyukból származott — 36 és 29 naptömegből—, amelyek egyetlen 62 naptömeggé olvadtak össze. A hiányzó három naptömeg? Tiszta energiává alakították át őket: gravitációs hullámok hullámzanak át a tér szövetén. Ez volt az első esemény, amit a LIGO észlelt.
a LIGO-tól származó jel a gravitációs hullámok első robusztus detektálásáról. A hullámforma nem csak… vizualizáció; reprezentálja azt, amit valóban hallana, ha megfelelően hallgatna.
gravitációs hullámok megfigyelése egy bináris fekete lyuk egyesüléséből B. P. Abbott et al., (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)
most már több mint egy évvel később, és a LIGO jelenleg a második futam. Nemcsak más fekete lyuk-fekete lyuk összeolvadásokat észleltek, hanem a gravitációs hullámcsillagászat jövője is fényes, mivel az új detektorok megnyitják fülünket az új típusú hangok előtt. Az űrinterferométerek, mint a LISA, hosszabb alapvonalakkal rendelkeznek, és alacsonyabb frekvenciájú hangokat hallanak: olyan hangokat, mint a neutroncsillagok összeolvadása, a szupermasszív fekete lyukak lakmározása és a rendkívül egyenlőtlen tömegű összeolvadások. A pulzár időzítési tömbök még alacsonyabb frekvenciákat is mérhetnek, például olyan pályákat, amelyek befejezése évekbe telik, például a szupermasszív fekete lyuk pár: HL 287. Az új technikák kombinációi pedig a legrégebbi gravitációs hullámokat fogják keresni, a kozmikus infláció által megjósolt relikviás hullámokat, egészen a világegyetem kezdetéig.
a kozmikus infláció által generált gravitációs hullámok a legtávolabbi jelek az időben az emberiség számára… lehetséges észlelés. Az olyan együttműködések, mint a BICEP2 és a NANOgrav, közvetetten ezt megtehetik az elkövetkező évtizedekben.
Nemzeti Tudományos Alapítvány (NASA, JPL, Keck Alapítvány, Moore Alapítvány, kapcsolódó) által finanszírozott BICEP2 Program; módosítások E. Siegel
annyi mindent lehet hallani, és csak most kezdtük el először hallgatni. Szerencsére Janna Levin asztrofizikus-a fantasztikus könyv szerzője, a Black Hole Blues és más dalok a világűrből-készen áll arra, hogy a Perimeter Intézetben ma este, május 3-án, 7 órakor Keleti / 4 PM csendes-óceáni, és élőben közvetítik itt, és valós időben élőben blogolom! Csatlakozzon hozzánk, hogy még többet tudjon meg erről a hihetetlen témáról, és alig várom, hogy halljam a beszédét.
az élő blog néhány perccel 4:00 pm Pacific előtt kezdődik; csatlakozz hozzánk és kövess minket!
a téridő vetemedése az Általános relativisztikus képen gravitációs tömegekkel.
LIGO/T. Pyle
3:50 PM: tíz perc van a showtime-ig, és ünnepelni, itt van tíz szórakoztató tény (vagy annyi, amennyit be tudunk szerezni) a gravitációról és a gravitációs hullámokról.
1.) A “távoli cselekvés” helyett, ahol láthatatlan erő hat a tömegek között, az általános relativitáselmélet azt mondja, hogy az anyag és az energia elhajlik a téridő szövetében, és hogy a megvetemedett téridő az, ami gravitációként nyilvánul meg.
2.) Ahelyett, hogy végtelen sebességgel haladna, a gravitáció csak a fénysebességgel halad.
3.) Ez azért fontos, mert ez azt jelenti, hogy ha bármilyen változás történik egy hatalmas objektum helyzetében, konfigurációjában, mozgásában stb., az ezt követő gravitációs változások csak fénysebességgel terjednek.
két összeolvadó fekete lyuk gravitációs hullámokat termelő számítógépes szimulációja.
Werner Benger, cc by-sa 4.0
3:54 PM: 4.) Ez azt jelenti, hogy például a gravitációs hullámok csak fénysebességgel terjedhetnek. Amikor “észlelünk” egy gravitációs hullámot, akkor azt a jelet érzékeljük, amikor a tömegkonfiguráció megváltozott.
5.) A LIGO által észlelt első jel körülbelül 1,3 milliárd fényév távolságban történt. Az univerzum körülbelül 10% – kal fiatalabb volt, mint ma, amikor az egyesülés megtörtént.
A téridő hullámai a gravitációs hullámok.
Európai gravitációs Obszervatórium, Lionel BRET / EUROLIOS
6.) Ha a gravitáció végtelen sebességgel haladna, a bolygó pályái teljesen instabilak lennének. Az a tény, hogy a bolygók ellipszisben mozognak a Nap körül, előírja, hogy ha az általános relativitáselmélet helyes, akkor a gravitációs sebességnek körülbelül 1% – os pontossággal meg kell egyeznie a fénysebességgel.
3: 57 délután: 7.) Sokkal-sokkal több gravitációs hullám jel van, mint amit a LIGO eddig látott; csak a legkönnyebb jelet észleltük.
8.) Ami a jelet “könnyen” láthatóvá teszi, az amplitúdójának kombinációja, vagyis az, hogy mennyire képes deformálni az úthosszt vagy az űrben lévő távolságot, valamint annak frekvenciáját.
a LIGO lézeres interferométer rendszerének egyszerűsített illusztrációja.
LIGO együttműködés
9.) Mivel a LIGO karjai mindössze 4 kilométer hosszúak, és a tükrök több ezer alkalommal tükrözik a fényt (de nem többet), ez azt jelenti, hogy a LIGO csak 1 Hz-es vagy annál gyorsabb frekvenciákat képes észlelni.
Az év elején a LIGO bejelentette a gravitációs hullámok első közvetlen észlelését. Által… gravitációs hullám obszervatóriumot építünk az űrben, talán elérhetjük a szándékos idegen jel észleléséhez szükséges érzékenységet.
ESA / NASA és a LISA együttműködés
10.) A lassabb jelzésekhez hosszabb karokra és nagyobb érzékenységre van szükségünk, és ez azt jelenti, hogy az űrbe megyünk. Ez a gravitációs hullámcsillagászat jövője!
4:01 PM: megcsináltuk! Ideje elkezdeni és bemutatni Janna Levint! (Kiejteni “JAN-na”, nem” YON-na”, ha kíváncsi.)
az első közvetlenül megfigyelt fekete lyukpár inspirálója és egyesülése.
B. P. Abbott et al. (LIGO Tudományos együttműködés és Virgo együttműködés)
4:05 PM: Itt van a nagy bejelentés / lövés: az első gravitációs hullám első közvetlen felvétele. 100 évbe telt, mire Einstein először előadta az általános relativitáselméletet, és éppen egy felvételt játszik le! Menj és figyelj! Végül is mit jelent” hallani ” egy hangot az űrben, és miért ez egy hang? Ez a célja, mondja, beszédének.
a Maffei 1 és Maffei 2 galaxisok a Tejútrendszer síkjában csak látással deríthetők fel… a Tejút porán keresztül. Annak ellenére, hogy a legközelebbi nagy galaxisok közé tartoznak, csak a 20.század közepén fedezték fel őket.
WISE mission; NASA / JPL-Caltech/UCLA
4:08 PM: ha figyelembe vesszük, hogy mi van odakint az univerzumban, nem volt módja annak, hogy tudjuk ezt a Galileo idején. A napfoltokra, a Szaturnuszra stb., és teljesen képtelenek voltak felfogni a nagy kozmikus skálákat vagy távolságokat. Felejtsd el a “más galaxisok fogantatását”, mi nem fogtuk fel ezt!
4: 10: Janna megmutatja az egyik kedvenc videómat (amit felismerek) a Sloan Digital Sky felmérésből! 400 000 legközelebbi galaxist vizsgáltak meg, és három dimenzióban térképezték fel őket. Így néz ki a mi (közeli) univerzumunk, és mint látható, valójában többnyire üres tér!
a (modern) Morgan–Keenan spektrális osztályozási rendszer, az egyes csillagok hőmérsékleti tartományával… felette látható osztály, Kelvinben.
Wikimedia Commons felhasználó LucasVB, kiegészítések E. Siegel
4:12 PM: Nagyon nagyszerű pontot tesz, amelyet teljesen áthall: csak körülbelül 1 Az 1000 csillagból lesz fekete lyuk. Több mint 400 csillag van tőlünk 30 fényéven belül, és nulla közülük O vagy B csillag, és nulla közülük fekete lyukakká vált. Ezek a legkékebb, legnagyobb tömegű és legrövidebb életű csillagok az egyetlenek, amelyek fekete lyukakká nőnek.
a földre hulló golyó azonos viselkedése egy gyorsított rakétában (balra) és a Földön… (jobbra) Einstein ekvivalencia elvének bemutatása.
Wikimedia Commons felhasználó Markus Poessel, retusálta Pbroks13
4:15 PM: ha figyelembe vesszük, hogy “honnan jött Einstein elmélete”, Janna nagyszerű pontot tesz: az ekvivalencia elve. Ha gravitációja van, akkor fontolóra veheti, hogy például “nehéznek” érzi magát a székében. De ez a reakció, ami benned van, pontosan ugyanaz a reakció, amit akkor éreznél, ha gyorsulnál, nem pedig gravitálnál. Nem a gravitációt érzed, hanem a körülötted lévő anyag hatásait!
4: 17 PM: az OKGO zenekar készített egy videót, amely a hányadék üstökösben repül. Janna szerzői jogi okokból nem tudja megmutatni az egészet hanggal, és nagyon ajánlja. Szerencsére az internetnek köszönhetően… itt van! Élvezze a szabadidejét!
a Föld pályája körül a Nap körüli pályán egyszer utazni 940 millió kilométer.
Larry McNish a RASC Calgary Centerben
4:19 PM: van egy másik hatalmas kinyilatkoztatás a gravitációról: a dolgok működésének megértése abból származik, hogy figyeljük a dolgok esését. A Hold “esik” a Föld körül; Newton rájött erre. De a Föld esik a Nap körül; a nap” esik “a galaxis körül; és az atomok” esnek ” itt a Földön. De ugyanaz a szabály vonatkozik rájuk, mindaddig, amíg mindannyian szabadesésben vannak. Elképesztő!
a fekete lyukak olyan dolgok, amelyekkel az univerzum nem született, de idővel nőtt. Ők… most uralja az univerzum entrópiáját.
Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universit Enterprises Hildesheim; Axel Mellinger (háttér)
4:21 PM: itt egy szórakoztató kinyilatkoztatás: ne gondoljon egy fekete lyukra, mint összeomlott, zúzott anyagra, annak ellenére, hogy ez lehet, hogy így keletkezett. Ehelyett gondoljon rá, mint egyszerűen az üres tér erős gravitációs tulajdonságokkal rendelkező régiójára. Valójában, ha csak annyit tennél, hogy “tömeget” rendelnél a tér ezen régiójához, az tökéletesen meghatározna egy Schwarzschild (nem töltött, nem forgó) fekete lyukat.
a galaxisunk közepén lévő szupermasszív fekete lyuk (Sgr a*) poros, gáznemű… környezet. A röntgensugarak és az infravörös megfigyelések részben átlátnak rajta, de a rádióhullámok végül képesek lehetnek közvetlenül megoldani.
NASA Chandra röntgen Obszervatórium
4:23 PM: Ha egy fekete lyukba esne a Nap tömege, akkor körülbelül egy mikroszekundumod lenne, az eseményhorizont átlépésétől (Janna szerint) egészen addig, amíg halálra nem zúztak a szingularitáson. Ez összhangban van azzal, amit egyszer kiszámoltam, ahol a Tejút közepén lévő fekete lyuknak körülbelül 10 másodpercünk lenne. Mivel a Tejút fekete lyuk 4 000 000-szer olyan hatalmas, mint a Napunk, a matematika valahogy működik!
Joseph Weber az ő korai stádiumú gravitációs hullám detektor, ismert, mint a Weber bar.
különleges gyűjtemények és Egyetemi Levéltár, Marylandi Egyetem könyvtárai
4:26 PM: hogyan észlelnél egy gravitációs hullámot? Őszintén szólva olyan lenne, mintha az óceán felszínén lennénk; fel-le ugrálnánk az űr felszínén, és nagy vita támadt a közösségben arról, hogy ezek a hullámok valódiak-e vagy sem. Csak akkor jött Joe Weber, és úgy döntött, hogy megpróbálja megmérni ezeket a gravitációs hullámokat egy fenomenális eszközzel – egy alumínium rúddal -, amely rezegne, ha egy hullámzó hullám nagyon kissé “pengetné” a rudat.
Weber sok olyan jelet látott, amelyeket gravitációs hullámokkal azonosított, de ezeket sajnos soha nem reprodukálták vagy ellenőrizték. Minden okossága ellenére nem volt túl óvatos kísérletező.
4:29 PM: van egy jó kérdés Jon Groubert – től a Twitteren: “van egy kérdésem valamivel kapcsolatban, amit mondott-van valami egy fekete lyuk belsejében, nem? Mint egy nehéz neutroncsillag.”Szingularitásnak kell lennie, amely vagy pontszerű (nem forgó szingularitás esetén), vagy egydimenziós gyűrű (forgó), de nem kondenzált, összeomlott, háromdimenziós anyag.
miért nem?
mert ahhoz, hogy szerkezetként megmaradjon, egy erőnek terjednie kell és át kell adnia a részecskék között. De a részecskék csak fénysebességgel képesek átadni az erőket. De semmi, még a fény sem mozoghat “kifelé” a fekete lyuk kijárata felé; minden a szingularitás felé mozog. És így semmi sem tudja megtartani magát, és minden összeomlik a szingularitásba. Szomorú, de a fizika ezt elkerülhetetlenné teszi.
balról jobbra: a két LIGO detektor (Hanfordban és Livingstonban, USA) és a Virgo detektor… (Cascina, Italie).
a LIGO Laboratory (első két kép) és a Virgo / Nicola Baldocchi 2015
4:32 PM: Weber kudarcai (és a hírnév bukása) után a LIGO ötlete Rai Weiss-től jött az 1970-es években. több mint 40 évbe telt, amíg a LIGO megvalósult (és több mint 1000 ember, hogy ez megtörténjen), de a legfantasztikusabb dolog az volt, hogy kísérletileg lehetséges volt. Két nagyon hosszú kar készítésével láthatta az elhaladó gravitációs hullám hatását.
4: 34 PM: ez a kedvenc videóm, amely bemutatja, mit csinál egy gravitációs hullám. Magát a teret (és mindent, ami benne van) kis mértékben előre-hátra mozgatja. Ha lézeres interferométert állít be (mint például a LIGO), akkor képes észlelni ezeket a rezgéseket. De ha elég közel lennél, és a füled elég érzékeny lenne, éreznéd ezt a mozgást a dobhártyádban!
4: 35: Van néhány nagyon jó fejhallgatóm, Perimeter, de sajnos nem hallom a különböző gravitációs hullámmodell jeleket, amelyeket Janna játszik!
a LIGO Hanford Obszervatórium a gravitációs hullámok detektálására Washington államban, az USA-ban.
Caltech / MIT / LIGO Laboratory
4:38 PM: vicces azt gondolni, hogy ez a világ legfejlettebb vákuumja, a LIGO detektorok belsejében. Mégis madarak, patkányok, egerek stb., mind ott vannak, és szinte a vákuumkamrába rágják magukat, amelyen a fény áthalad. De ha a vákuum megszakadt volna (1998 óta állandó), a kísérlet véget ért volna. Louisianában vadászok lőttek a LIGO alagutakra. Borzasztó, hogy mennyire érzékeny és drága ez a berendezés, de mégis mennyire törékeny az egész.
4:41 PM: Janna igazán nagyszerű munkát végez, hogy izgalmas, de nagyon emberi módon mondja el ezt a történetet. Csak két keringő fekete lyuk utolsó néhány pályáját láttuk, amelyek drasztikusan lelassultak a fenti filmben. Csak néhány száz kilométerre voltak egymástól, az utolsó négy pálya 200 milliszekundumot vett igénybe, és ez a teljes jel, amit LIGO látott.
4:43 PM: Ha gondjai vannak a beszélgetés eseményeinek meghallgatásával/meghallgatásával, hallgassa meg ezt a videót (fent), mind a természetes, mind a megnövekedett hangmagasságban. A kisebb fekete lyukak (nagyjából 8 és 13 naptömeg) December 26, 2015, mind csendesebb és magasabb hangú, mint a nagyobbak (29 és 36 naptömeg) szeptember 14-én ugyanabban az évben.
4: 46 PM: csak egy kis korrekció: Janna szerint ez volt a legerősebb esemény, amelyet valaha észleltek az Ősrobbanás óta. És ez csak technikailag igaz, a felderítésünk határai miatt.
amikor bármilyen fekete lyuk összeolvad, az egyesülési párban a legkevésbé masszív fekete lyuk tömegének körülbelül 10% – a tiszta energiává alakul át Einstein E = mc2-jén keresztül. 29 naptömeg sok, de több száz millió vagy akár milliárd naptömeg fekete lyukak lesznek, amelyek összeolvadtak. És van bizonyítékunk.
a valaha látott legnagyobb tömegű fekete lyuk bináris jel: HL 287.
S. Zola & NASA/JPL
4:49 PM: ez HL 287, ahol egy 150 millió szoláris tömegű fekete lyuk kering egy ~18 milliárd szoláris tömegű fekete lyuk körül. 11 évbe telik, amíg a teljes pálya létrejön, és az általános relativitáselmélet itt 270 fokos precessziót jósol, szemben a Merkúr 43 ívmásodpercével.
4:51 PM: Janna hihetetlen munkát végzett itt időben; még soha nem láttam, hogy egy órás beszélgetés 50 perc elteltével véget érne egy Perimeter nyilvános előadáson. Hűha!
a Föld a 2000-es évek elején a NASA műholdképeinek kompozitjából nézve.
NASA / Blue Marble Project
4:52 PM: mi történne, ha a Földet beszippantanák egy fekete lyukba? (Q& kérdés max.) Bár Janna nagyszerű választ ad, szeretnék rámutatni, hogy gravitációs hullám szempontjából a Föld szét lenne aprítva, és egy “elkenődött” hullámjelet kapnánk, ami sokkal zajosabb, statikus-y jel lenne. Miután a Földet elnyelte, az eseményhorizont csak egy kicsit nőtt, mivel a Nap tömegének további hárommilliomod része növelte a fekete lyuk sugarát éppen azzal az apró, megfelelő mennyiséggel.
4: 55 PM: milyen szórakoztató beszélgetés, nagyszerű és lendületes Q&egy munkamenet, és összességében nagyszerű élmény. Élvezze újra és újra, mert a beszélgetés videója most permalinkként van beágyazva. És köszönöm, hogy behangoltál!