fundindo buracos negros são uma classe de objetos que cria ondas gravitacionais de certas frequências… e amplitudes. Graças a detectores como o Lido, podemos “ouvir” estes sons à medida que ocorrem.LIGO, NSF, A. Simonnet (SSU)
tem sido dito há muito tempo que não há som no espaço, e isso é verdade, a um ponto. O som convencional requer um meio para viajar, e é criado quando as partículas comprimem-e-rarify, fazendo qualquer coisa a partir de um “bang” alto para um único pulso para um tom consistente para padrões repetitivos. No espaço, onde há tão poucas partículas que tais sinais desaparecem, até mesmo erupções solares, supernovas, fusões de buracos negros, e outras catástrofes cósmicas ficam em silêncio antes de serem ouvidas. Mas há outro tipo de compressão-e-rarefacção que não requer nada além do tecido do próprio espaço para viajar através: ondas gravitacionais. Graças aos primeiros resultados positivos de detecção de LIGO, estamos ouvindo o universo pela primeira vez.
dois buracos negros que se fundem. O inspiral resulta em buracos negros se unindo, enquanto… as ondas gravitacionais levam o excesso de energia. O espaço-tempo de fundo é distorcido como resultado.
lado a lado, a Simulação de extrema Spacetimes (SXS) projeto (http://www.black-holes.org)
as ondas Gravitacionais eram algo que precisava existir para a nossa teoria da gravidade para ser consistente, de acordo com a Relatividade Geral. Ao contrário da gravidade de Newton, onde quaisquer duas massas orbitando uma à outra permaneceriam nessa configuração para sempre, a teoria de Einstein previu que ao longo de tempos suficientes, órbitas gravitacionais se deteriorariam. Para algo como a Terra orbitando o sol, você nunca viveria para experimentá-lo: levaria 10^150 anos para a Terra espirrar para o sol. Mas para sistemas mais extremos, como duas estrelas de nêutrons orbitando uma à outra, Nós poderíamos realmente ver as órbitas decaindo ao longo do tempo. A fim de conservar a energia, a teoria da gravidade de Einstein previu que a energia deve ser levada na forma de ondas gravitacionais.como duas estrelas de nêutrons orbitam uma à outra, a teoria da Relatividade Geral de Einstein prevê orbital… decaimento e emissão de radiação gravitacional. O primeiro tem sido observado muito precisamente por muitos anos, como evidenciado por como os pontos e a linha (predição GR) se encaixam tão bem.NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer
estas ondas são loucamente fracas, e seus efeitos sobre os objetos no espaço-tempo são estupendamente minúsculos. Mas se você sabe como ouvi — los-assim como os componentes de um rádio sabem como ouvir para aquelas ondas de luz de longa frequência — você pode detectar esses sinais e ouvi-los assim como você poderia ouvir qualquer outro som. Com uma amplitude e uma frequência, não são diferentes de qualquer outra onda. A relatividade geral faz previsões explícitas para o que essas ondas devem soar, com os maiores sinais geradores de ondas sendo os mais fáceis de detectar. A maior amplitude soa tudo? É a inspiração e fusão “chirp” de dois buracos negros que se espalham um no outro.
em setembro de 2015, poucos dias após a advanced LIGO começou a coletar dados pela primeira vez, um sinal grande e incomum foi avistado. Surpreendeu toda a gente, porque teria carregado tanta energia num curto espaço de 200 milissegundos, que teria ofuscado todas as estrelas do universo observável combinadas. No entanto, esse sinal acabou por ser robusto, e a energia dessa explosão veio de dois buracos negros — de 36 e 29 massas solares — se fundindo em um único 62 massa solar um. Faltam três massas solares? Elas foram convertidas em energia pura: ondas gravitacionais saltando através do tecido do espaço. Esse foi o primeiro evento que LIGO detectou.
o sinal de LIGO da primeira detecção robusta de ondas gravitacionais. A forma de onda não é justa… uma visualização; é representativa do que você realmente ouviria se você escutasse corretamente.Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger B. P. Abbott et al., (Colaboração científica e colaboração com Virgem), cartas de revisão física 116, 061102 (2016)
Agora é mais de um ano depois, e Lido está atualmente em sua segunda corrida. Não só foram detectadas outras fusões buraco negro-buraco negro, como o futuro da astronomia das ondas gravitacionais é brilhante, como novos detectores irão abrir os nossos ouvidos a novos tipos de sons. Os interferómetros espaciais, como a LISA, terão linhas de base mais longas e ouvirão sons de menor frequência: sons como fusões de Estrelas de neutrões, buracos negros supermassivos e fusões com massas altamente desiguais. Conjuntos de tempo Pulsar podem medir frequências ainda mais baixas, como órbitas que levam anos para completar, como o par de buracos negros supermassivos: Jo 287. E combinações de novas técnicas procurarão as mais antigas ondas gravitacionais de todas, as ondas relíquia previstas pela inflação cósmica, desde o início do nosso universo.
ondas gravitacionais geradas pela inflação cósmica são o sinal mais distante no tempo que a humanidade pode… conceber a detecção potencial. Colaborações como BICEP2 e NANOgrav podem indiretamente fazer isso nas próximas décadas.National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) — Funded BICEP2 Program; modifications by E. Siegel
há tanto para ouvir, e nós só começamos a ouvir pela primeira vez. Felizmente, a astrofísica Janna Levin-autora do livro fantástico, Black Hole Blues e outras canções do espaço-está pronta para dar a palestra pública no Perimeter Institute esta noite, 3 de Maio, às 19: 00 Eastern / 4 PM Pacific, e será transmitida ao vivo aqui e ao vivo-blogada por mim em tempo real! Junte-se a nós para ainda mais sobre este tópico incrível, e mal posso esperar para ouvi-la falar.
O Blog ao vivo começará alguns minutos antes das 16:00 pm Pacific; junta-te a nós e Segue-nos!
The warping of spacetime, in the General Relativistic picture, by gravitational masses.
LIGO / T. Pyle
3:50 PM: faltam dez minutos para o show, e para celebrar, aqui estão dez fatos divertidos (ou tantos quantos pudermos entrar) sobre a gravidade e as ondas gravitacionais.1. Em vez de” ação à distância”, onde uma força invisível é exercida entre massas, a relatividade geral diz que a matéria e a energia deformam o tecido do espaço-tempo, e que o espaço-tempo deformado é o que se manifesta como gravitação.2. Em vez de viajar a velocidade infinita, a gravitação só viaja à velocidade da luz.3.) Isso é importante, porque significa que se qualquer mudança ocorrer na posição, configuração, movimento de um objeto massivo, etc., as mudanças gravitacionais que se seguem só se propagam à velocidade da luz.
simulação computacional de dois buracos negros que se fundem produzindo ondas gravitacionais.Werner Benger, cc by-sa 4.0
3:54 PM: 4. Isto significa que as ondas gravitacionais, por exemplo, só podem propagar-se à velocidade da luz. Quando detectamos uma onda gravitacional, detectamos o sinal de quando a configuração da massa mudou.5. O primeiro sinal detectado por LIGO ocorreu a uma distância de aproximadamente 1,3 bilhões de anos-luz. O Universo era cerca de 10% mais jovem do que é hoje quando essa fusão ocorreu.as ondulações no espaço-tempo são o que são as ondas gravitacionais.Observatório gravitacional Europeu, Lionel BRET/EUROLIOS
6. Se a gravidade viajasse a uma velocidade infinita, as órbitas planetárias seriam completamente instáveis. O fato de que os planetas se movem em elipses em torno do sol determina que se a Relatividade Geral estiver correta, a velocidade da gravidade deve igualar a velocidade da luz a uma precisão de cerca de 1%.
3: 57 PM: 7. Existem muitos, muitos mais sinais de onda gravitacional do que o que o Lido viu até agora; só detectamos o sinal mais fácil que existe para detectar.8. O que faz um sinal “fácil” de ver é uma combinação de sua amplitude, ou seja, quanto ele pode deformar um caminho-comprimento, ou uma distância no espaço, bem como sua frequência.
uma ilustração simplificada do sistema de interferómetro laser de Lido.
LIGO collaboration
9. Porque os braços de Lido têm apenas 4 quilômetros de comprimento, e os espelhos refletem a luz milhares de vezes (mas não mais), isso significa que ele só pode detectar frequências de 1 Hz ou mais rápido.
no início deste ano, LIGO anunciou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais. Por… construindo um Observatório de ondas gravitacionais no espaço, podemos ser capazes de alcançar as sensibilidades necessárias para detectar um sinal alienígena deliberado.
ESA / NASA e a colaboração LISA
10. Para sinais mais lentos, precisamos de braços de alavanca mais longos e maiores sensibilidades, e isso significará ir para o espaço. É o futuro da astronomia das ondas gravitacionais!4: 01 PM: conseguimos! Hora de começar e apresentar Janna Levin! (Pronuncia “JAN-NA”, não “YON-na”, se é que estás a pensar.)
The inspiral and merger of the first pair of black holes ever directly observed.Abbott et al.
4: 05 PM: Eis o grande anúncio:a primeira gravação direta da primeira onda gravitacional. Demorou 100 anos depois de Einstein ter apresentado a relatividade geral, e ela está a tocar uma gravação! Certifica-te que vais ouvir! O que significa “ouvir” um som no espaço, afinal, e porque é que isto é um som? É esse o propósito, diz ela, da sua conversa.
as galáxias Maffei 1 e Maffei 2, no plano da Via Láctea, só podem ser reveladas pela visão… através do pó da Via Láctea. Apesar de serem algumas das grandes galáxias mais próximas de todas, elas não foram descobertas até meados do século XX.WISE mission; NASA/JPL-Caltech / UCLA
4:08 PM: Se você considera o que está lá fora no universo, não tínhamos como saber nada disso na época de Galileu. Estávamos a pensar em manchas solares, Saturno, etc., e foram completamente incapazes de conceber as grandes escalas cósmicas ou distâncias. Esquece a “concepção de outras galáxias”, não tínhamos concebido nada disto!
4: 10 PM: Janna está mostrando um dos meus vídeos favoritos (que eu reconheço) do Sloan Digital Sky Survey! Fizeram um levantamento de 400.000 das galáxias mais próximas e mapearam-nas em três dimensões. Este é o aspecto do nosso universo (próximo), e como você pode ver, ele realmente é principalmente espaço vazio!
o (moderno) sistema de classificação espectral Morgan–Keenan, com a gama de temperaturas de cada estrela… classe mostrada acima, em kelvin.
Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel
4: 12 PM: Ela faz um grande ponto de vista que ela totalmente encobre: apenas cerca de 1 Em 1000 estrelas se tornarão um buraco negro. Há mais de 400 estrelas dentro de 30 anos-luz de nós, e zero delas são estrelas o ou B, e zero delas se tornaram buracos negros. Estas estrelas mais azuis, mais maciças e de menor duração são as únicas que vão crescer em buracos negros.
o comportamento idêntico de uma bola caindo ao chão em um foguete acelerado (esquerda) e na Terra… (direito) é uma demonstração do princípio de equivalência de Einstein.
Wikimedia Commons user Markus Poessel, retocado por Pbroks13
4:15 PM: When you consider “where did Einstein’s theory come from,” Janna makes a great point: the idea of the equivalence principle. Se você tem gravidade, você pode considerar que você se sente “pesado” em sua cadeira, por exemplo. Mas essa reação que você tem é exatamente a mesma reação que você sentiria se estivesse acelerando, ao invés de gravitar. Não é a gravidade que sentes, são os efeitos da matéria à tua volta!
4:17 PM: A banda OKGO fez um vídeo Voando no cometa vômito. Janna não pode mostrar tudo, com áudio, por razões de direitos autorais, e altamente recomenda-o. Felizmente para ti, graças à internet… aqui está! Desfrute do seu lazer!
viajar uma vez em torno da órbita da terra em um caminho em torno do sol é uma viagem de 940 milhões de quilômetros.
Larry McNish no centro RASC Calgary
4:19 PM: há outra grande revelação para a gravidade: a forma como entendemos como as coisas funcionam vem de ver como as coisas caem. A Lua está “caindo” em torno da Terra; Newton percebeu isso. Mas a terra está a cair à volta do sol; o sol está “caindo” em torno da galáxia; e os átomos “caem” aqui na Terra. Mas a mesma regra aplica-se a todos, desde que estejam todos em queda livre. Incrível!
buracos negros são algo com o qual o universo não nasceu, mas cresceu a adquirir ao longo do tempo. Ele… agora dominam a entropia do universo.
Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universität Hildesheim; Axel Mellinger (background)
4:21 PM: here’s a fun revelation: stop thinking of a black hole as collapsed, esmaged matter, even though that might be how it originated. Em vez disso, pense nisso como simplesmente uma região de espaço vazio com fortes propriedades gravitacionais. Na verdade, se tudo o que fez foi atribuir “massa” a esta região do espaço, isso definiria perfeitamente um buraco negro de Schwarzschild (não-carregado, não-rotativo).
o buraco negro supermassivo (Sgr a*) no centro de nossa galáxia está envolto em um poeirento, gasoso… ambiente. Raios-X e observações infravermelhas podem ver parcialmente através dele, mas as ondas de rádio podem finalmente ser capazes de resolvê-lo diretamente.Observatório de raios X Chandra da NASA
4: 23 PM: Se você cair em um buraco negro a massa do sol, você teria cerca de um microssegundo, de cruzar o horizonte de eventos (de acordo com Janna) até que você foi esmagado até a morte na singularidade. Isto é consistente com o que eu calculei uma vez, onde, para o buraco negro no centro da Via Láctea, teríamos cerca de 10 segundos. Como o buraco negro da Via Láctea é 4.000.000 vezes maior que o nosso Sol, a matemática funciona!
Joseph Weber with his early-stage gravitational wave detector, known as a Weber bar.coleções especiais e arquivos universitários, Bibliotecas da Universidade de Maryland
4:26 PM: como você detectaria uma onda gravitacional? Honestamente, seria como estar na superfície do oceano; você bobava para cima e para baixo ao longo da superfície do espaço, e havia um grande argumento na comunidade sobre se essas ondas eram reais ou não. Não foi até que Joe Weber apareceu e decidiu tentar medir essas ondas gravitacionais, usando um dispositivo fenomenal — uma barra de alumínio — que vibraria se uma onda ondulante “arrancasse” a barra ligeiramente.
Weber viu muitos sinais que ele identificou com ondas gravitacionais, mas estes, infelizmente, nunca foram reproduzidos ou verificados. Ele não era, por toda a sua inteligência, um experimentador muito cuidadoso.4: 29: há uma boa pergunta de Jon Groubert no twitter: “eu tenho uma pergunta sobre algo que ela disse – há algo dentro de um buraco negro, não há? Como uma estrela pesada de neutrões.”Deve haver uma singularidade, que é tanto como ponto (para uma singularidade não-rotativa) ou um anel unidimensional (para um anel rotativo), mas não condensado, matéria colapsada, tridimensional.porque não?
porque para permanecer como uma estrutura, uma força precisa propagar-se e ser transmitida entre partículas. Mas as partículas só podem transmitir forças à velocidade da luz. Mas nada, nem mesmo a luz, pode mover-se “para fora” em direção à saída de um buraco negro; tudo se move em direção à singularidade. E assim nada se consegue aguentar, e tudo se desmorona na singularidade. Triste, mas a física torna isto inevitável.
da esquerda para a direita: os dois detectores de lido (em Hanford e Livingston, EUA) e o detector de Virgem… (Cascina, Italie).
© LIGO Laboratório (as primeiras duas imagens) e Virgem / Nicola Baldocchi 2015
4:32 PM: Depois de Weber falhas (e queda da fama), a idéia da LIGO veio pela Rai Weiss na década de 1970. Demorou mais de 40 anos para LIGO frutificar (e mais de 1.000 pessoas para fazer acontecer), mas o mais fantástico foi que ele foi experimentalmente possível. Ao fazer dois braços-alavanca muito longos, você poderia ver o efeito de uma onda gravitacional passageira.
4:34 PM: este é o meu vídeo favorito ilustrando o que uma onda gravitacional faz. Ele move o espaço em si (e tudo nele) para trás e para a frente por uma pequena quantidade. Se você tem um interferômetro laser configurado (como o Lido), ele pode detectar essas vibrações. Mas se você estivesse perto o suficiente e seus ouvidos fossem sensíveis o suficiente, você poderia sentir este movimento em seu tímpano!4: 35 PM: Tenho uns fones de ouvido muito bons, perímetro, mas infelizmente não consigo ouvir os diferentes sinais do modelo de onda gravitacional que a Janna está a tocar!
o Observatório de LIGO Hanford para a detecção de ondas gravitacionais no Estado de Washington, EUA.
Caltech/MIT/lido Laboratory
4:38 PM: é engraçado pensar que este é o vácuo mais avançado do mundo, dentro dos detectores de Lido. No entanto, pássaros, ratos, ratos, etc., estão todos lá embaixo, e eles mastigam o seu caminho para quase a câmara de vácuo pela qual a luz viaja. Mas se o vácuo tivesse sido quebrado (tem sido constante desde 1998), a experiência teria terminado. No Louisiana, os caçadores dispararam nos túneis de LIGO. É horrível o quão sensível e caro este equipamento é, mas o quão frágil é tudo, também.4: 41 PM: Janna está fazendo um ótimo trabalho contando esta história de forma suspeita, mas muito humana. Só vimos as últimas órbitas de dois buracos negros em órbita, drasticamente diminuídas no filme acima. Eles estavam apenas a algumas centenas de quilômetros de distância, essas quatro órbitas finais levaram 200 milissegundos, e esse é o total do sinal que LIGO viu.4: 43 PM: Se você está tendo dificuldade em ouvir / ouvir os eventos na palestra, ouça este vídeo (acima), tanto em tom natural como em tom aumentado. Os buracos negros menores (cerca de 8 e 13 massas solares) a partir de 26 de dezembro de 2015, são tanto mais silenciosos e mais agudos do que os maiores (29 e 36 massas solares) a partir de 14 de setembro do mesmo ano.
4: 46 PM: apenas uma pequena correcção: A Janna diz que este foi o evento mais poderoso detectado desde o Big Bang. E isso só é tecnicamente verdade, por causa dos limites da nossa detecção.quando temos qualquer fusão de buracos negros, aproximadamente 10% da massa do buraco negro menos massivo de um par de fusão é convertida em energia pura através de E = mc2 de Einstein. 29 massas solares é muito, mas haverá buracos negros de centenas de milhões ou mesmo bilhões de massas solares que se fundiram. E temos provas.
o sinal binário de Buraco negro mais massivo já visto: Jo 287.
S. Zola & NASA/JPL
4:49 PM: este é o jo 287, onde um buraco negro de massa solar de 150 milhões orbita um buraco negro de massa solar de cerca de 18 mil milhões. Leva 11 anos para uma órbita completa ocorrer, e a relatividade geral prevê uma precessão de 270 graus por órbita aqui, em comparação com 43 segundos de arco por século para Mercúrio.
4:51 PM: Janna fez um trabalho incrível terminando a tempo aqui; eu nunca vi uma hora de conversa realmente terminar após 50 minutos em uma palestra pública perímetro. Uau!
a terra como vista a partir de um composto de imagens de satélite da NASA do espaço no início dos anos 2000.
NASA/Blue Marble Project
4:52 PM: O que aconteceria se a Terra fosse sugada para um buraco negro? (Q&uma pergunta de Max. Embora Janna esteja dando uma grande resposta, Eu gostaria de salientar que, do ponto de vista de uma onda gravitacional, a terra seria desfeita, e teríamos um sinal de onda “manchada”, que seria um sinal muito mais ruidoso, estático-Y. Uma vez que a terra foi engolida, o horizonte de eventos iria crescer apenas um pouquinho, como um extra de três milionésimos de uma massa solar aumentou o raio do buraco negro em apenas essa pequena, quantidade correspondente.
4: 55 PM: What a fun talk, a great and snappy Q&a session, and a great experience overall. Desfrute de novo e de novo, porque o vídeo da palestra está agora embutido como um permalink. E obrigado por sintonizar!