Sammenslåing av svarte hull Er en klasse objekter som skaper gravitasjonsbølger av bestemte frekvenser… og amplituder. Takket være detektorer SOM LIGO, kan vi ‘høre’ disse lydene når de oppstår.
LIGO, NSF, A. Simonnet (SSU)
DET har lenge vært sagt at det ikke er lyd i rommet, og det er sant, til et punkt. Konvensjonell lyd krever et medium å reise gjennom, og opprettes når partikler komprimere-og-rarify, noe som gjør alt fra et høyt «bang» for en enkelt puls til en konsekvent tone for å gjenta mønstre. I rommet, hvor det er så få partikler at slike signaler dør bort, går selv solstråler, supernovaer, sammenslåinger av sorte hull og andre kosmiske katastrofer stille før de noen gang blir hørt. Men det er en annen type kompresjon og sjeldenhet som ikke krever noe annet enn selve stoffet i rommet for å reise gjennom: gravitasjonsbølger. TAKKET VÆRE DE første positive deteksjonsresultatene FRA LIGO, hører Vi Universet for aller første gang.
To sammenslåing av sorte hull. De inspirale resultatene i de svarte hullene kommer sammen, mens… gravitasjonsbølger bærer overflødig energi bort. Bakgrunnsrommet er forvrengt som et resultat.
Sxs, Simulating eXtreme Spacetimes (sxs) prosjektet (http://www.black-holes.org)
Gravitasjonsbølger var noe som måtte eksistere for at vår gravitasjonsteori skulle være konsistent, I Henhold Til Generell Relativitet. I motsetning Til I Newtons tyngdekraft, hvor noen to masser som kretser hverandre, vil forbli i den konfigurasjonen for alltid, forutså Einsteins teori at over lange nok ganger ville gravitasjonsbaner forfalle. For Noe Som Jorden kretser Rundt Solen, ville du aldri leve for å oppleve Det: Det ville ta 10^150 år For Jorden å spiral inn I Solen. Men for mer ekstreme systemer, som to nøytronstjerner som kretser hverandre, kan vi faktisk se banene som forfaller over tid. For å spare energi forutså Einsteins gravitasjonsteori at energi må transporteres bort i form av gravitasjonsbølger.
Som to nøytronstjerner bane hverandre, einsteins teori Om Generell Relativitet spår orbital… forfall, og utslipp av gravitasjonsstråling. Den tidligere har blitt observert veldig nøyaktig i mange år, som det fremgår av hvordan poengene og linjen (GR-prediksjon) samsvarer så veldig bra.
NASA (L), Max Planck Institute For Radio Astronomy/Michael Kramer
disse bølgene er vanvittig svake, og deres effekter på objektene i tidsrom er overveldende små. Men hvis du vet hvordan du skal lytte etter dem — akkurat som komponentene i en radio vet hvordan du skal lytte etter de langfrekvente lysbølgene – kan du oppdage disse signalene og høre dem akkurat som du vil høre noen annen lyd. Med en amplitude og en frekvens er de ikke forskjellige fra noen annen bølge. Generell Relativitet gjør eksplisitte spådommer for hva disse bølgene skal høres ut, med de største bølgegenererende signalene som er de enkleste å oppdage. Den største amplitude høres alt? Det er den inspirerende og fusjonerende «chirp» av to svarte hull som spiral inn i hverandre.I September 2015, bare dager etter at advanced LIGO begynte å samle inn data for første gang, ble et stort, uvanlig signal oppdaget. Det overrasket alle, fordi det ville ha båret så mye energi på bare en kort, 200 millisekund burst, at det ville ha slått ut alle stjernene i det observerbare Universet kombinert. Likevel viste dette signalet seg å være robust, og energien fra den bristen kom fra to svarte hull — med 36 og 29 solmasser — som fusjonerte til en enkelt 62 solmasse en. De som mangler tre solmasser? De ble omgjort til ren energi: gravitasjonsbølger rippling gjennom stoffet i rommet. DET VAR DEN første HENDELSEN LIGO noensinne oppdaget.
signalet FRA LIGO av den første robuste oppdagelsen av gravitasjonsbølger. Bølgeformen er ikke bare… en visualisering; det er representativt for hva du faktisk ville høre hvis du lyttet riktig.
Observasjon Av Gravitasjonsbølger fra Et Binært Svart Hull Fusjon B. P. Abbott et al., (LIGO Scientific Collaboration og Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)
NÅ er DET over et år senere, OG LIGO er for tiden på sin andre runde. Ikke bare har andre svarte hull-svarte hullfusjoner blitt oppdaget, men fremtiden for gravitasjonsbølgeastronomi er lys, da nye detektorer vil åpne ørene våre for nye typer lyder. Space interferometre, som LISA, vil ha lengre grunnlinjer og vil høre lavere frekvenslyder: høres ut som nøytronstjernefusjoner, feirer supermassive sorte hull og fusjoner med svært ulik masse. Pulsar timing arrays kan måle enda lavere frekvenser, som baner som tar år å fullføre, for eksempel det supermassive sorte hullparet: OJ 287. Og kombinasjoner av nye teknikker vil se etter de eldste gravitasjonsbølgene av alle, relikbølgene spådd av kosmisk inflasjon, helt tilbake i begynnelsen av Vårt Univers.
Gravitasjonsbølger generert av kosmisk inflasjon er det fjerneste signalet tilbake i tid menneskeheten kan… tenk på potensielt å oppdage. Samarbeid som BICEP2 og NANOgrav kan indirekte gjøre dette i de kommende tiårene.National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, relatert) — Finansiert BICEP2-Program; modifikasjoner Av E. Siegel
Det er så mye å høre, og vi har nettopp begynt å lytte for første gang. Heldigvis, astrofysiker Janna Levin-forfatter av den fantastiske boken, Black Hole Blues og Andre Sanger Fra Verdensrommet-er klar til å gi publikum foredrag På Perimeter Institute i kveld, Mai 3rd, på 7 PM Eastern / 4 PM Pacific, og det vil bli live-streamet her og live-blogget av meg i sanntid! Bli med oss så for enda mer om dette utrolige emnet, og jeg kan ikke vente med å høre henne snakke.
live bloggen vil begynne noen minutter før 4:00 Pm Pacific; bli med oss her og følg med!
vridningen av tidsrom, i Det Generelle Relativistiske bildet, av gravitasjonsmasser.3:50 PM: det er ti minutter til showtime, og for å feire, her er ti morsomme fakta (eller så mange som vi kan komme inn) om tyngdekraften og gravitasjonsbølger.
1.) I stedet for «handling på avstand», hvor en usynlig kraft utøves mellom massene, sier generell relativitet at materie og energi forvrenger stoffet i romtid, og at forvrengt romtid er det som manifesterer seg som gravitasjon.
2.) I stedet for å reise med uendelig hastighet, reiser gravitasjonen bare med lysets hastighet.
3.) Dette er viktig, fordi det betyr at hvis det skjer noen endringer i en massiv objektets posisjon, konfigurasjon, bevegelse, etc., de påfølgende gravitasjonsendringene forplanter seg bare ved lysets hastighet.
datasimulering av to sammenslåtte sorte hull som produserer gravitasjonsbølger.
Werner Benger, cc by-sa 4.0
3:54 PM: 4.) Dette betyr at gravitasjonsbølger, for eksempel, bare kan forplante seg med lysets hastighet. Når vi «oppdager» en gravitasjonsbølge, oppdager vi signalet fra da massekonfigurasjonen endret seg.
5.) DET første signalet OPPDAGET AV LIGO skjedde i en avstand på omtrent 1, 3 milliarder lysår. Universet var omtrent 10% yngre enn det er i dag da fusjonen skjedde.
Krusninger i tidsrom er hva gravitasjonsbølger er.
Det Europeiske Gravitasjonsobservatorium, Lionel BRET/EUROLIOS
6.) Hvis gravitasjonen reiste med uendelig hastighet, ville planetariske baner være helt ustabile. Det faktum at planeter beveger seg i ellipser rundt Solen krever at hvis Den Generelle Relativiteten er riktig, må gravitasjonshastigheten være lik lysets hastighet til en nøyaktighet på ca. 1%.
3: 57 PM: 7.) DET er mange, mange flere gravitasjonsbølgesignaler enn HVA LIGO har sett så langt; vi har bare oppdaget det enkleste signalet som er å oppdage.
8.) Det som gjør et signal «lett» å se er en kombinasjon av dens amplitude, det vil si hvor mye det kan deformere en banelengde eller en avstand i rommet, så vel som frekvensen.
en forenklet illustrasjon AV LIGOS laser interferometer system.
LIGO samarbeid
9.) FORDI LIGOS armer bare er 4 kilometer lange, og speilene reflekterer lyset tusenvis av ganger (men ikke mer), betyr DET AT LIGO bare kan oppdage frekvenser på 1 Hz eller raskere.TIDLIGERE i år annonserte LIGO den første direkte oppdagelsen av gravitasjonsbølger. Av… å bygge et gravitasjonsbølgeobservatorium i rommet, kan vi være i stand til å nå følsomheten som er nødvendig for å oppdage et bevisst fremmed signal.
ESA/NASA og LISA-samarbeidet
10.) For langsommere signaler trenger vi lengre spakarmer og større følsomhet, og det vil bety å gå til rommet. Det er fremtiden for gravitasjonsbølgeastronomi!
4: 01 PM: Vi gjorde det! På tide å begynne Og introdusere Janna Levin! (Uttale «JAN-na», ikke «YON-na», hvis du lurte på.)
inspiral og sammenslåing av de første par sorte hull noensinne direkte observert.
B. P. Abbott et al. (LIGO Vitenskapelig Samarbeid og Virgo Samarbeid)
4: 05 PM: Her er den store kunngjøringen/ skuddet: den første direkte opptaket av den første gravitasjonsbølgen. Det tok 100 år Etter At Einstein først satte frem generell relativitet, og hun spiller et opptak! Pass på at du går og lytter! Hva betyr det å» høre » en lyd i rommet, tross alt, og hvorfor er dette en lyd? Det er hensikten, sier hun, av hennes snakk.
galaksene Maffei 1 Og Maffei 2, i Melkeveiens plan, kan bare avsløres ved å se… Gjennom melkeveiens støv. Til tross for at de er noen av de nærmeste store galakser av alle, ble de ikke oppdaget før midten av det 20. århundre.4:08 PM: hvis du vurderer hva som er der ute i Universet, hadde vi ingen måte å vite noe av Dette på Galileos tid. Vi tenkte på solflekker, Saturn, etc., og var helt ute av stand til å tenke på de store kosmiske skalaer eller avstander. Glem å «tenke på andre galakser», vi hadde ikke tenkt på noe av dette!
4: 10 PM: Janna viser en av mine favorittvideoer (som jeg gjenkjenner) Fra Sloan Digital Sky Survey! De tok en undersøkelse av 400 000 av de nærmeste galakser og kartlagt dem i tre dimensjoner. Dette er hva Vårt (nærliggende) Univers ser ut, og som du kan se, er det egentlig stort sett tomt rom!
Det (moderne) Morgan–Keenan spektralklassifiseringssystemet, med temperaturområdet til hver stjerne… klasse vist over det, i kelvin.
Wikimedia Commons bruker LucasVB, tillegg Av E. Siegel
4: 12 PM: Hun gjør et veldig godt poeng at hun helt glatter over: bare om 1-i – 1000-stjerner vil bli et svart hull. Det er over 400 stjerner innen 30 lysår av oss, og null Av Dem Er O-eller B-stjerner, og null av dem har blitt svarte hull. Disse blåeste, mest massive og korteste levede stjernene er de eneste som vil vokse til svarte hull.
identisk oppførsel av en ball som faller til gulvet i en akselerert rakett (venstre) og På Jorden… (høyre) er en demonstrasjon Av Einsteins ekvivalensprinsipp.
Wikimedia Commons bruker Markus Poessel, retusjert Av Pbroks13
4:15 PM: Når du vurderer «hvor Kom Einsteins teori fra,» Gjør Janna et godt poeng: ideen om ekvivalensprinsippet. Hvis du har tyngdekraften, kan du vurdere at du føler deg «tung» i stolen din, for eksempel. Men denne reaksjonen du har, er nøyaktig samme reaksjon du vil føle hvis du akselererer, i stedet for gravitating. Det er ikke tyngdekraften du føler, det er effekten av saken rundt deg!4: 17 PM: bandet OKGO gjorde en video som flyr i oppkastkometen. Janna kan ikke vise hele greia, med lyd, av opphavsrettshensyn, og anbefaler det sterkt. Heldigvis for deg, takket være internett… her er det! Nyt på fritiden!
å reise en gang Rundt Jordens bane i en bane rundt Solen er en reise på 940 millioner kilometer.4:19 PM: det er en annen stor åpenbaring for tyngdekraften: måten vi forstår hvordan ting fungerer kommer fra å se hvordan ting faller. Månen «faller» rundt Jorden; Newton skjønte det. Men Jorden faller rundt Solen; Solen «faller» rundt galaksen; og atomer «faller» her på Jorden. Men den samme regelen gjelder for dem alle, så lenge de er alle i fritt fall. Utrolig!
Svarte hull Er Noe Universet ikke ble født med, men har vokst til å skaffe seg over tid. De… nå dominerer Universets entropi.4:21 PM: her er en morsom åpenbaring: slutte å tenke på et svart hull som kollapset, knust materie, selv om det kan være hvordan det oppsto. I stedet tenk på det som bare en region med tomt rom med sterke gravitasjonsegenskaper. Faktisk, hvis alt du gjorde var å tildele «masse» til denne regionen av rom, ville det perfekt definere Et Schwarzschild (ikke-ladet, ikke-roterende) svart hull.
det supermassive sorte hullet (Sgr a*) i sentrum av vår galakse er innhyllet i en støvete gassform… miljø. Røntgen og infrarøde observasjoner kan delvis se gjennom det, men radiobølger kan endelig kunne løse det direkte.
NASAS Røntgenobservatorium Chandra
4: 23 PM: Hvis du skulle falle inn i et svart hull solens masse, ville du ha omtrent en mikrosekund, fra å krysse hendelseshorisonten (ifølge Janna) til du ble knust til døden ved singulariteten. Dette stemmer overens med det jeg en gang beregnet, hvor, for det svarte hullet i Midten Av Milky Way, ville vi ha omtrent 10 sekunder. Siden Melkeveiens sorte hull er 4.000.000 ganger så massiv som Vår Sol, fungerer matematikken ut!
Joseph Weber med sin tidlige stadium gravitasjonsbølgedetektor, kjent som En Weber bar.
Spesielle samlinger og universitetsarkiver, University Of Maryland libraries
4:26 PM: Hvordan vil du oppdage en gravitasjonsbølge? Ærlig, det ville være som å være på overflaten av havet; du ville bob opp og ned langs overflaten av rommet, og det var et stort argument i samfunnet om disse bølgene var ekte eller ikke. Det var ikke Før Joe Weber kom sammen og bestemte seg for å prøve å måle disse gravitasjonsbølgene, ved hjelp av en fenomenal enhet-en aluminiumstang-som ville vibrere hvis En rippling bølge «plukket» baren veldig litt.Weber så mange slike signaler som han identifiserte med gravitasjonsbølger, men disse ble dessverre aldri reprodusert eller verifisert. Han var, for all sin klokskap, ikke en veldig forsiktig eksperimentator.
4: 29 PM: There ‘s a good question from Jon Groubert på twitter:» jeg har et spørsmål om noe hun sa – det er noe inne i et svart hull, er det ikke? Som en tung nøytronstjerne.»Det bør være en singularitet, som enten er punktlignende (for en ikke-roterende singularitet) eller en endimensjonal ring (for en roterende), men ikke kondensert, kollapset, tredimensjonalt materiale.
Hvorfor ikke?
fordi for å forbli som en struktur, må en kraft forplante seg og overføres mellom partikler. Men partikler kan bare overføre krefter ved lysets hastighet. Men ingenting, ikke engang lys, kan bevege seg «utover» mot utgangen av et svart hull; alt beveger seg mot singulariteten. Og så kan ingenting holde seg opp, og alt kollapser inn i singulariteten. Trist, men fysikken gjør dette uunngåelig.
fra venstre til høyre: DE TO LIGO-detektorene (I Hanford og Livingston, USA) og Virgo-detektoren… (Cascina, Italie).
© LIGO Laboratory (to første bilder) Og Virgo / Nicola Baldocchi 2015
4:32 PM: etter Webers feil (og faller fra berømmelse) kom IDEEN OM LIGO sammen Med Rai Weiss på 1970-tallet. DET tok mer enn 40 år FOR LIGO å komme til å bli oppfylt (og over 1,000-folk for å få det til å skje), men det mest fantastiske var at det var eksperimentelt mulig. Ved å lage to svært lange spakarmer, kan du se effekten av en passerende gravitasjonsbølge.4:34 PM: Dette er min favorittvideo som illustrerer hva en gravitasjonsbølge gjør. Det beveger seg plass selv (og alt i det) frem og tilbake med en liten mengde. Hvis du har et laserinterferometer satt opp (SOM LIGO), kan det oppdage disse vibrasjonene. Men hvis du var nær nok og ørene dine var følsomme nok, kunne du føle denne bevegelsen i trommehinnen din!
4: 35 PM: Jeg har noen veldig gode hodetelefoner, Perimeter, men dessverre kan jeg ikke høre de forskjellige gravitasjonsbølgemodellens signaler Som Janna spiller!
LIGO Hanford Observatory for å oppdage gravitasjonsbølger I Washington State, USA.4:38 PM: det er morsomt å tro at dette er verdens mest avanserte vakuum, inne I LIGO detektorer. Likevel fugler, rotter, mus, etc., er alle under der, og de tygger seg inn i nesten vakuumkammeret som lyset beveger seg gjennom. Men hvis vakuumet hadde blitt ødelagt (det har vært konstant siden 1998), ville forsøket vært over. I Louisiana, jegere skutt PÅ LIGO tunneler. Det er forferdelig hvor følsomt og dyrt dette utstyret er, men likevel hvor skjøre det hele er også.4: 41 PM: Janna gjør en veldig god jobb å fortelle denne historien på en spennende, men veldig menneskelig måte. Vi så bare de siste få banene til to bane sorte hull, drastisk redusert i filmen ovenfor. De var bare noen få hundre kilometer fra hverandre, de siste fire banene tok 200 millisekund, og det er hele signalet SOM LIGO så.4:43 PM: hvis du har problemer med å lytte/høre hendelsene i samtalen, lytt til denne videoen (over), både i naturlig tonehøyde og økt tonehøyde. De mindre sorte hullene (omtrent 8 og 13 solmasser) fra 26.desember 2015, er både roligere og høyere enn de større (29 og 36 solmasser) fra 14. September samme år.
4: 46 PM: Bare en liten korreksjon: Janna sier dette var den mektigste hendelsen noensinne oppdaget Siden Big Bang. Og det er bare teknisk sant, på grunn av grensene for vår deteksjon.Når vi får noen svarte hullfusjoner, blir omtrent 10% av massen av det minst massive sorte hullet i et fusjonspar omgjort til ren energi via Einsteins E = mc2. 29 solmasser er mye, men det kommer til å være svarte hull på hundrevis av millioner eller til og med milliarder solmasser som har fusjonert sammen. Og vi har bevis.
det mest massive binære sorte hullsignalet som noensinne er sett: OJ 287.
S. Zola& NASA/JPL
4:49 PM: DETTE ER OJ 287, hvor et 150 millioner solmasse svart hull går i bane rundt et ~18 milliarder solmasse svart hull. Det tar 11 år for en fullstendig bane å skje, Og Generell Relativitet forutsier en presesjon på 270 grader per bane her, sammenlignet med 43 bue sekunder per århundre For Merkur.4: 51 PM: Janna gjorde en utrolig jobb som endte i tide her; jeg har aldri sett en times snakk faktisk ende etter 50 minutter på En Perimeter offentlig forelesning. Jøss!
Jorden sett fra EN kompositt AV NASA satellittbilder fra verdensrommet tidlig på 2000-tallet.
NASA/Blue Marble Project
4:52 PM: Hva ville skje hvis Jorden ble sugd opp i et svart hull? (Q &Et spørsmål Fra Maks.) Selv Om Janna gir et godt svar, vil Jeg påpeke At Fra et gravitasjonsbølge synspunkt Ville Jorden bli revet fra hverandre, og vi ville få et» smurt ut » bølgesignal, det ville være et mye støyende, statisk – y-signal. Når Jorden ble svelget, ville hendelseshorisonten vokse bare en liten bit, da en ekstra tre milliondels solmasse økte det svarte hullets radius med bare den lille, tilsvarende mengden.
4:55 PM: Hva en morsom snakk,en flott Og snappy Q &en økt, og en flott opplevelse generelt. Nyt det igjen og igjen, fordi videoen av foredraget er nå innebygd som en permalink. Og takk for tuning i!