Există sunet în spațiu, datorită undelor gravitaționale

s-a spus de mult că nu există sunet în spațiu și asta este adevărat, până la un punct. Sunetul convențional necesită un mediu prin care să călătorească și este creat atunci când particulele se comprimă și se rarifică, făcând orice, de la un „bang” puternic pentru un singur impuls până la un ton consistent pentru repetarea tiparelor. În spațiu, unde există atât de puține particule încât astfel de semnale dispar, chiar și erupțiile solare, supernovele, fuziunile găurilor negre și alte catastrofe cosmice Tac înainte de a fi auzite vreodată. Dar există un alt tip de compresie și rarefiere care nu necesită altceva decât țesătura spațiului însuși pentru a călători: undele gravitaționale. Datorită primelor rezultate pozitive de detectare de la LIGO, auzim Universul pentru prima dată.

undele gravitaționale erau ceva ce trebuia să existe pentru ca teoria noastră a gravitației să fie consecventă, conform Relativității Generale. Spre deosebire de gravitația lui Newton, unde orice două mase care orbitează una pe alta ar rămâne în acea configurație pentru totdeauna, teoria lui Einstein a prezis că, de-a lungul unor perioade suficient de lungi, orbitele gravitaționale s-ar descompune. Pentru ceva de genul Pământului care orbitează Soarele, nu ai trăi niciodată să-l experimentezi: ar dura 10^150 de ani pentru ca pământul să se spiraleze în soare. Dar pentru sisteme mai extreme, cum ar fi două stele neutronice care orbitează una pe alta, am putea vedea orbitele descompunându-se în timp. Pentru a conserva energia, teoria gravitației lui Einstein a prezis că energia trebuie îndepărtată sub formă de unde gravitaționale.

aceste unde sunt extrem de slabe, iar efectele lor asupra obiectelor în spațiu-timp sunt uimitor de mici. Dar dacă știți cum să le ascultați — la fel cum componentele unui radio știu cum să asculte acele unde luminoase de lungă frecvență-puteți detecta aceste semnale și le puteți auzi la fel cum ați auzi orice alt sunet. Cu o amplitudine și o frecvență, ele nu sunt diferite de orice altă undă. Relativitatea generală face predicții explicite pentru cum ar trebui să sune aceste unde, cele mai mari semnale generatoare de unde fiind cele mai ușor de detectat. Cea mai mare amplitudine sună tot? Este „ciripitul” inspirator și care fuzionează a două găuri negre care se spiralează una în cealaltă.

în septembrie 2015, la doar câteva zile după ce advanced LIGO a început să colecteze date pentru prima dată, a fost observat un semnal mare, neobișnuit. A surprins pe toată lumea, pentru că ar fi transportat atât de multă energie într-o scurtă explozie de 200 de milisecunde, încât ar fi depășit toate stelele din universul observabil combinat. Cu toate acestea, acel semnal s — a dovedit a fi robust, iar energia din acea explozie a venit de la două găuri negre — de 36 și 29 de mase solare-fuzionând într-o singură masă solară de 62. Cei care lipsesc trei mase solare? Au fost transformate în energie pură: unde gravitaționale care se învârteau prin țesătura spațiului. Acesta a fost primul eveniment detectat de LIGO.

acum este peste un an mai târziu, iar LIGO este în prezent pe al doilea termen. Nu numai că au fost detectate alte fuziuni gaură neagră-gaură neagră, dar viitorul astronomiei undelor gravitaționale este luminos, deoarece noi detectoare ne vor deschide urechile la noi tipuri de sunete. Interferometrele spațiale, precum LISA, vor avea linii de bază mai lungi și vor auzi sunete de frecvență mai mică: sunete precum fuziuni cu stele neutronice, sărbători găuri negre supermasive și fuziuni cu mase extrem de inegale. Matricele de sincronizare Pulsar pot măsura frecvențe chiar mai mici, cum ar fi orbitele care durează ani de zile pentru a fi finalizate, cum ar fi perechea de găuri negre supermasive: Jo 287. Și combinații de noi tehnici vor căuta cele mai vechi unde gravitaționale dintre toate, undele relicve prezise de inflația cosmică, până la începutul universului nostru.

sunt atât de multe de auzit și abia am început să ascultăm pentru prima dată. Din fericire, astrofizicianul Janna Levin-autorul cărții fantastice, Black Hole Blues și alte cântece din spațiul cosmic-este gata să țină prelegerea publică la Perimeter Institute în această seară, 3 Mai, la 7 pm Eastern / 4 pm Pacific, și va fi transmisă în direct aici și LIVE-blogged de mine în timp real! Alăturați-vă apoi pentru mai multe despre acest subiect incredibil și abia aștept să o aud vorbind.

blog-ul live va începe cu câteva minute înainte de 4:00 pm Pacific; Alăturați-vă aici și urmați-ne!

3:50 PM: mai sunt zece minute până la showtime, și pentru a sărbători, iată zece fapte amuzante (sau cât de multe putem intra) despre gravitație și undele gravitaționale.

1.) În loc de „acțiune la distanță”, unde se exercită o forță invizibilă între mase, relativitatea generală spune că materia și energia deformează țesătura spațiu-timpului și că Spațiu-timpul deformat este ceea ce se manifestă ca gravitație.

2.) În loc să călătorească cu viteză infinită, gravitația călătorește doar cu viteza luminii.

3.) Acest lucru este important, deoarece înseamnă că dacă apar modificări ale poziției, configurației, mișcării unui obiect masiv etc., schimbările gravitaționale care rezultă se propagă numai la viteza luminii.

3:54 PM: 4.) Aceasta înseamnă că undele gravitaționale, de exemplu, se pot propaga doar cu viteza luminii. Când „detectăm” o undă gravitațională, detectăm semnalul de când s-a schimbat configurația de masă.

5.) Primul semnal detectat de LIGO a avut loc la o distanță de aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină. Universul era cu aproximativ 10% mai tânăr decât este astăzi când a avut loc acea fuziune.

6.) Dacă gravitația ar călători cu viteză infinită, orbitele planetare ar fi complet instabile. Faptul că planetele se mișcă în elipse în jurul Soarelui impune ca, dacă relativitatea generală este corectă, viteza gravitației trebuie să fie egală cu viteza luminii cu o precizie de aproximativ 1%.

3:57 p.m: 7.) Există multe, mult mai multe semnale de undă gravitațională decât ceea ce LIGO a văzut până acum; am detectat doar cel mai ușor semnal de detectat.

8.) Ceea ce face un semnal „ușor” de văzut este o combinație a amplitudinii sale, adică cât de mult poate deforma o lungime de cale sau o distanță în spațiu, precum și frecvența sa.

9.) Deoarece brațele LIGO au doar 4 kilometri lungime, iar oglinzile reflectă lumina de mii de ori (dar nu mai mult), asta înseamnă că LIGO poate detecta doar frecvențe de 1 Hz sau mai rapide.

10.) Pentru semnale mai lente, avem nevoie de brațe de pârghie mai lungi și sensibilități mai mari, iar asta va însemna să mergem în spațiu. Acesta este viitorul astronomiei undelor gravitaționale!

4:01 PM: am reușit! E timpul să începem și să o prezentăm pe Janna Levin! (Pronunță „JAN-na”, nu” YON-na”, dacă vă întrebați.)

4: 05 PM: Iată marele anunț / lovitură: prima înregistrare directă a primei unde gravitaționale. A fost nevoie de 100 de ani după ce Einstein a prezentat pentru prima dată relativitatea generală, și ea joacă o înregistrare! Asigurați-vă că mergeți și ascultați! Ce înseamnă să” auzi ” un sunet în spațiu, la urma urmei, și de ce este acesta un sunet? Acesta este scopul, spune ea, al discursului ei.

4:08 PM: dacă luăm în considerare ceea ce este acolo în univers, nu aveam cum să știm nimic din toate acestea pe vremea lui Galileo. Ne gândeam la petele solare, Saturn etc., și au fost complet incapabili să conceapă marile scări sau distanțe cosmice. Uitați de „conceperea altor galaxii”, nu am conceput nimic din toate acestea!

4: 10 PM: Janna arată unul dintre videoclipurile mele preferate (pe care le recunosc) din Sloan Digital Sky Survey! Au făcut un studiu asupra a 400.000 dintre cele mai apropiate galaxii și le-au cartografiat în trei dimensiuni. Așa arată universul nostru (din apropiere) și, după cum puteți vedea, este într-adevăr spațiu gol!

4: 12 PM: Ea face un punct cu adevărat minunat pe care îl glosează total: doar aproximativ 1-în-1000 de stele vor deveni vreodată o gaură neagră. Există peste 400 de stele la 30 de ani lumină de noi, iar zero dintre ele sunt stele O sau B, iar zero dintre ele au devenit găuri negre. Aceste stele albastre, cele mai masive și cu cea mai scurtă durată de viață sunt singurele care vor crește în găuri negre.

4:15 PM: când luați în considerare „de unde a venit teoria lui Einstein”, Janna face un mare punct: ideea principiului echivalenței. Dacă aveți gravitație, s-ar putea să considerați că vă simțiți „grei” pe scaun, de exemplu. Dar această reacție pe care o aveți este exact aceeași reacție pe care ați simți-o dacă ați accelera, mai degrabă decât ați gravita. Nu este gravitația pe care o simți, ci efectele materiei din jurul tău!

4:17 PM: trupa OKGO a făcut un videoclip zburând în cometa vomei. Janna nu poate arăta totul, cu audio, din motive de drepturi de autor, și foarte recomandă. Din fericire pentru tine, datorită internetului… aici este! Bucurați-vă în timpul liber!

4:19 PM: există o altă revelație uriașă pentru gravitație: modul în care înțelegem cum funcționează lucrurile vine din vizionarea cum cad lucrurile. Luna „cade” în jurul Pământului; Newton și-a dat seama de asta. Dar Pământul cade în jurul Soarelui; soarele ” cade „în jurul galaxiei; iar atomii” cad ” aici pe Pământ. Dar aceeași regulă se aplică tuturor, atâta timp cât toți sunt în cădere liberă. Uimitor!

4:21 PM: iată o revelație amuzantă: nu te mai gândi la o gaură neagră ca la o materie prăbușită, zdrobită, chiar dacă așa ar putea fi originea ei. În schimb, gândiți-vă la ea ca la o regiune de spațiu gol cu proprietăți gravitaționale puternice. De fapt, dacă tot ce ați făcut a fost să atribuiți „masă” acestei regiuni a spațiului, aceasta ar defini perfect o gaură neagră Schwarzschild (neîncărcată, non-rotativă).

4: 23 PM: Dacă ar fi să cazi într-o gaură neagră masa Soarelui, ai avea aproximativ o microsecundă, de la traversarea orizontului evenimentului (conform lui Janna) până când ai fi zdrobit până la moarte la singularitate. Acest lucru este în concordanță cu ceea ce am calculat odată, unde, pentru gaura neagră din centrul Căii Lactee, am avea aproximativ 10 secunde. Deoarece gaura neagră a Căii Lactee este de 4.000.000 de ori mai masivă decât Soarele nostru, matematica funcționează!

4:26 PM: cum ați detecta o undă gravitațională? Sincer, ar fi ca și cum ai fi pe suprafața oceanului; te-ai învârti în sus și în jos de-a lungul suprafeței spațiului și a existat un mare argument în comunitate dacă aceste valuri erau reale sau nu. Nu a fost până când Joe Weber a venit și a decis să încerce să măsoare aceste unde gravitaționale, folosind un dispozitiv fenomenal – o bară de aluminiu-care ar vibra dacă o undă ondulată ar „smulge” bara foarte ușor.

Weber a văzut multe astfel de semnale pe care le-a identificat cu undele gravitaționale, dar acestea, din păcate, nu au fost niciodată reproduse sau verificate. El a fost, pentru toată inteligența sa, nu un experimentator foarte atent.

4:29 PM: există o întrebare bună de la Jon Groubert pe twitter: „Am o întrebare despre ceva ce a spus ea – există ceva în interiorul unei găuri negre, nu-i așa? Ca o stea neutronică grea.”Ar trebui să existe o singularitate, care este fie asemănătoare punctului (pentru o singularitate non-rotativă), fie un inel unidimensional (pentru una rotativă), dar nu materie tridimensională condensată, prăbușită.

de ce nu?pentru a rămâne ca structură, o forță trebuie să se propage și să fie transmisă între particule. Dar particulele pot transmite forțe numai la viteza luminii. Dar nimic, nici măcar lumina, nu se poate mișca „spre exterior” spre ieșirea unei găuri negre; totul se îndreaptă spre singularitate. Și astfel nimic nu se poate susține și totul se prăbușește în singularitate. Trist, dar fizica face acest lucru inevitabil.

4:32 PM: după eșecurile lui Weber (și căderea din faimă), ideea LIGO a venit de la Rai Weiss în anii 1970. a fost nevoie de mai mult de 40 de ani pentru ca LIGO să se realizeze (și peste 1.000 de oameni pentru a face acest lucru), dar cel mai fantastic lucru a fost că a fost posibil experimental. Făcând două brațe de pârghie foarte lungi, puteți vedea efectul unei unde gravitaționale care trece.

4:34 PM: acesta este videoclipul meu preferat care ilustrează ce face o undă gravitațională. Se mișcă spațiul însuși (și totul în el) înainte și înapoi cu o cantitate mică. Dacă aveți un interferometru laser configurat (cum ar fi LIGO), acesta poate detecta aceste vibrații. Dar dacă ai fi destul de aproape și urechile tale ar fi suficient de sensibile, ai putea simți această mișcare în timpanul tău!

4: 35 PM: Am niște căști foarte bune, perimetru, dar, din păcate, nu pot auzi diferitele semnale ale modelului de undă gravitațională pe care Janna le joacă!

4:38 PM: este amuzant să crezi că acesta este cel mai avansat vid din lume, în interiorul detectoarelor LIGO. Cu toate acestea, păsări, șobolani, șoareci etc., sunt toate acolo și își mestecă drumul în aproape camera de vid prin care trece lumina. Dar dacă vidul ar fi fost spart (a fost constant din 1998), experimentul s-ar fi încheiat. În Louisiana, vânătorii au tras în tunelurile LIGO. Este îngrozitor cât de sensibil și scump este acest echipament, dar totuși cât de fragil este și el.

4:41 PM: Janna face o treabă foarte bună spunând Această poveste într-un mod plin de suspans, dar foarte uman. Am văzut doar ultimele câteva orbite ale a două găuri negre care orbitează, încetinite drastic în filmul de mai sus. Erau la doar câteva sute de kilometri distanță, ultimele patru orbite au durat 200 de milisecunde, și acesta este întregul semnal pe care LIGO l-a văzut.

4:43 PM: dacă aveți probleme cu ascultarea / ascultarea evenimentelor din discuție, ascultați acest videoclip (de mai sus), atât în ton natural, cât și în ton crescut. Găurile negre mai mici (aproximativ 8 și 13 mase solare) din 26 decembrie 2015, sunt atât mai silențioase, cât și mai înalte decât cele mai mari (29 și 36 mase solare) din 14 septembrie în același an.

4:46 PM: doar o mică corecție: Janna spune că acesta a fost cel mai puternic eveniment detectat vreodată de la Big Bang. Și asta este adevărat doar din punct de vedere tehnic, din cauza limitelor detectării noastre.

când obținem fuziuni de găuri negre, aproximativ 10% din masa celei mai puțin masive găuri negre dintr-o pereche de fuziuni se transformă în energie pură prin E = mc2 a lui Einstein. 29 mase solare este mult, dar vor exista găuri negre de sute de milioane sau chiar miliarde de mase solare care s-au contopit. Și avem dovezi.

4:49 PM: aceasta este JO 287, unde o gaură neagră de 150 de milioane de masă solară orbitează o gaură neagră de ~18 miliarde de masă solară. Este nevoie de 11 ani pentru ca o orbită completă să apară, iar relativitatea generală prezice o precesie de 270 de grade pe orbită aici, comparativ cu 43 de secunde de arc pe secol pentru Mercur.

4:51 PM: Janna a făcut o treabă incredibilă încheindu-se la timp aici; nu am văzut niciodată o oră de discuție încheindu-se de fapt după 50 de minute la o prelegere publică perimetrală. Uau!

4:52 PM: ce s-ar întâmpla dacă Pământul ar fi aspirat într-o gaură neagră? (Q &o întrebare de la Max.) Deși Janna dă un răspuns excelent, aș dori să subliniez că, din punct de vedere al undelor gravitaționale, Pământul ar fi mărunțit și am obține un semnal de undă „șters”, care ar fi un semnal mult mai zgomotos, static-Y. Odată ce Pământul a fost înghițit, orizontul evenimentelor ar crește doar un pic, deoarece încă trei milioane de mase solare au mărit raza găurii negre cu doar acea cantitate mică, corespunzătoare.

4:55 PM: ce discuție distractivă, o mare și rapidă Q & o sesiune și o experiență extraordinară în general. Bucurați-vă de ea din nou și din nou, deoarece videoclipul discuției este acum încorporat ca o legătură permanentă. Și mulțumesc pentru tuning!