Sloučení černých děr je jedna třída objektů, která vytváří gravitační vlny určitých frekvence … a amplitudy. Díky detektorům jako LIGO můžeme tyto zvuky „slyšet“, jak se vyskytují.
LIGO, NSF, A. Simonnet (SSU)
Je to dlouhé bylo řečeno, že ve vesmíru není žádný zvuk, a to je pravda, do určité míry. Konvenční zvuk vyžaduje, aby médium prošlo, a je vytvářen, když se částice stlačí a zesílí, čímž vznikne cokoli z hlasitého „rána“ pro jediný impuls do konzistentního tónu pro opakující se vzory. Ve vesmíru, kde je tak málo částic, že jakékoli takové signály odumírají, dokonce i sluneční erupce, supernovy, fúze černé díry a další kosmické katastrofy ztichnou, než vůbec uslyší. Existuje ale i jiný typ komprese a zředění, který nevyžaduje nic jiného než samotnou strukturu vesmíru: gravitační vlny. Díky prvním pozitivním výsledkům detekce od LIGO slyšíme vesmír úplně poprvé.
Dvě slučující se černé díry. Inspirativní výsledky vedou k tomu, že se černé díry spojují, zatímco … gravitační vlny odvádějí přebytečnou energii. Výsledkem je zkreslení časoprostoru.
SXS, projekt Simulation eXtreme Spacetimes (SXS) (http://www.black-holes.org)
Gravitační vlny byly podle obecné relativity něčím, co musí existovat, aby naše teorie gravitace byla konzistentní. Na rozdíl od Newtona “ gravitace, kde by jakékoli dvě masy obíhající kolem sebe navždy zůstaly v této konfiguraci, Einsteinova teorie předpovídala, že po dostatečně dlouhou dobu se gravitační dráhy rozpadnou. U něčeho jako Země obíhající kolem Slunce byste se toho nikdy nedožili : trvalo by 10 ^ 150 let, než by se Země spirála na Slunce. Ale u extrémnějších systémů, jako jsou dvě neutronové hvězdy obíhající kolem sebe, jsme ve skutečnosti mohli vidět, jak se orbity v průběhu času rozpadají. Aby se šetřila energie, Einsteinova gravitační teorie předpovídala, že energie musí být odváděna ve formě gravitačních vln.
Jak obíhají kolem sebe dvě neutronové hvězdy, Einsteinova teorie obecné relativity předpovídá orbitální … rozpad a emisi gravitačního záření. První z nich byl po mnoho let pozorován velmi přesně, o čemž svědčí i to, jak se body a linie (predikce GR) tak dobře shodují.
NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer
Tyto vlny jsou šíleně slabé a jejich účinky na objekty v časoprostoru jsou neuvěřitelně malé. Ale pokud víte, jak je poslouchat – stejně jako komponenty rádia umí poslouchat ty vysokofrekvenční světelné vlny – můžete tyto signály detekovat a slyšet, stejně jako slyšíte jakýkoli jiný zvuk. S amplitudou a frekvence se nijak neliší od jakékoli jiné vlny. Obecná relativita poskytuje explicitní předpovědi toho, jak by tyto vlny měly znít, přičemž nejsnadnější je detekovat největší signály generující vlny. Zní největší amplituda? Je to inspirativní a spojující „cvrlikání“ dvou černých děr, které se spirálovitě stávají navzájem.
V září 2015, jen několik dní po pokročilém LIGO začalo sbírat data poprvé, byl spatřen velký neobvyklý signál. Překvapilo to všechny, protože by to za krátkou 200 milisekundovou dávku vzalo tolik energie, že by zastínilo všechny hvězdy pozorovatelného vesmíru Kombinovaný. Přesto se tento signál ukázal být robustní a energie z toho výbuchu pocházela ze dvou černých děr – 36 a 29 hmotností Slunce – splývajících do jedné 62 hmoty hmotné hmoty. Chybějící tři sluneční hmoty? Byly přeměněny na čistou energie: gravitační vlny vlnící se ve struktuře vesmíru. To byla první událost, kterou LIGO kdy detekovalo.
Signál z LIGO první robustní detekce gravitačních vln. Tvar vlny není jen … vizualizace; představuje to, co ve skutečnosti slyšíte, když posloucháte správně upraveno.
Pozorování gravitačních vln z fúze binárních černých děr BP Abbott a kol. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)
Nyní je to o rok později a LIGO je v současné době na svém druhém běhu. Byly detekovány nejen další fúze černé díry a černé díry, ale budoucnost astronomie gravitačních vln je jasná, protože nové detektory nám otevřou uši novým typům zvuků. Vesmírné interferometry, jako je LISA, budou mít delší základní linie a budou slyšet zvuky s nižší frekvencí: zvuky jako slučování neutronových hvězd, hodování supermasivních černých děr a slučování s velmi nerovnými hmotami.Časová pole Pulsar mohou měřit i nižší frekvence, jako jsou oběžné dráhy, jejichž dokončení trvá roky, jako například pár supermasivních černých děr: OJ 287. A kombinace nových technik budou hledat nejstarší gravitační vlny ze všech, reliktní vlny předpovídané kosmickou inflací až na počátek našeho vesmíru.
Gravitační vlny generované kosmickou inflací jsou nejvzdálenějším signálem v čase, kdy lidstvo může … představte si potenciální detekci. Spolupráce jako BICEP2 a NANOgrav to mohou nepřímo dělat v nadcházejících desetiletích.
Národní vědecká nadace (NASA, JPL, Keckova nadace, Mooreova nadace) – program BICEP2 financovaný; úpravy E. Siegela
Je toho tolik, co slyšíme, a my jsme teprve začali poslouchat poprvé. Naštěstí je astrofyzička Janna Levinová – autorka fantastické knihy Black Hole Blues a další písně z vesmíru – připravena uspořádat veřejnou přednášku v Perimetrickém institutu dnes 3. května v 19:00 východní / 16:00 tichomořské oblasti a bude live-streamed here and live-blogged by me in real time! Připojte se k nám a získejte ještě více informací o tomto neuvěřitelném tématu a já se nemůžu dočkat, až ji uslyším.
Živý blog začne několik minut před 16:00 Tichomoří; připojte se k nám zde a sledujte ho!
Pokřivení časoprostoru v obecném relativistickém obrazu gravitačními masami.
LIGO / T. Pyle
15:50: Do představení zbývá deset minut a na oslavu je zde deset zábavných faktů (nebo tolik, kolik můžeme) dostat se dovnitř) o gravitaci a gravitačních vlnách.
1.) Místo „akce na dálku“, kde mezi masami působí neviditelná síla, obecná relativita říká, že hmota a energie deformují strukturu časoprostoru, a ten pokřivený časoprostor se projevuje jako gravitace.
2.) Místo cestování nekonečnou rychlostí se gravitace pohybuje pouze rychlostí světla.
3.) To je důležité , protože to znamená, že pokud dojde ke změnám polohy, konfigurace, pohybu atd. masivního objektu, následující gravitační změny se šíří pouze rychlostí světla.
Počítačová simulace dvou spojujících se černých děr produkujících gravitační vlny.
Werner Benger, cc by-sa 4.0
15:54: 4.) To znamená, že například gravitační vlny se mohou šířit pouze rychlostí světla. Když „detekujeme“ gravitační vlnu, detekujeme signál z doby, kdy se tato masová konfigurace změnila.
5.) První signál detekovaný LIGO se objevil ve vzdálenosti přibližně 1,3 miliardy světelných let. Když došlo ke sloučení, byl vesmír asi o 10% mladší než dnes.
Vlnky v časoprostoru jsou tím, čím jsou gravitační vlny.
Evropská gravitační observatoř, Lionel BRET / EUROLIOS
6.) Pokud by gravitace cestovala nekonečnou rychlostí, planetární dráhy by byly zcela nestabilní. Skutečnost, že planety se pohybují v elipsách kolem Sun nařizuje, že pokud je správná obecná relativita, musí se rychlost gravitace rovnat rychlosti světla s přesností asi 1%.
15:57: 7.) Existuje mnohem, mnohem více gravitačních vln signály než to, co LIGO dosud vidělo; my jsme detekovali pouze nejsnadnější signál, který lze detekovat.
8.) Díky čemu je signál „snadno“ vidět, je kombinace jeho amplitudy, která znamená, jak moc může deformovat délku cesty nebo vzdálenost v prostoru, stejně jako její frekvenci.
A zjednodušená ilustrace systému laserového interferometru LIGO.
Spolupráce LIGO
9.) Protože paže LIGO jsou dlouhé pouze 4 kilometry a zrcadla odrážejí tisíce světel (ale ne více), to znamená, že LIGO dokáže detekovat pouze frekvence 1 Hz nebo rychlejší.
Začátkem tohoto roku LIGO oznámilo vůbec první přímou detekci gravitačních vln. Tím, že … postavíme observatoř gravitačních vln ve vesmíru, můžeme dosáhnout citlivosti potřebné k detekci záměrného mimozemského signálu.
ESA / NASA a spolupráce LISA
10.) Pro pomalejší signály potřebujeme delší páky a větší citlivost, což bude znamenat cestu do vesmíru. To je budoucnost astronomie gravitačních vln!
16:01: Dokázali jsme to! Je čas začít a představit Jannu Levin! (Namluvte „JAN-na“, ne „YON-na“, pokud zajímalo by vás.)
Inspirace a sloučení první dvojice černých děr, které byly kdy přímo pozorovány.
BP Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
16:05: Zde je velké oznámení / výstřel: první přímý záznam první gravitační vlny. Trvalo 100 let poté, co Einstein poprvé uvedla obecnou relativitu, a ona hraje nahrávku!Určitě jděte a poslouchejte! Co to vlastně znamená „slyšet“ zvuk ve vesmíru a proč je to zvuk? To je podle jejího názoru její řeč.
Galaxie Maffei 1 a Maffei 2 v rovině Mléčné Way, lze odhalit pouze viděním … skrz prach Mléčné dráhy. Přestože byly jedny z nejbližších velkých galaxií ze všech, byly objeveny až v polovině 20. století.
Mise WISE; NASA / JPL-Caltech / UCLA
16:08: Pokud vezmete v úvahu, co je ve vesmíru, neměli jsme žádný způsob, jak o tom vědět na čas Galilei. Mysleli jsme na sluneční skvrny, Saturn atd. a nebyli jsme úplně schopni si představit velké vesmírné měřítka nebo vzdálenosti. Zapomeňte na „početí jiných galaxií“, nic z toho jsme si nepředstavovali!
16:10: Janna ukazuje jedno z mých oblíbených videí (které znám) z průzkumu Sloan Digital Sky Survey! Provedli průzkum 400 000 nejbližších galaxií a zmapovali je ve třech rozměrech. Takto vypadá náš (blízký) vesmír a jak vidíte, ve skutečnosti je to většinou prázdné místo!
The (modern ) Spektrální klasifikační systém Morgan – Keenan, s teplotním rozsahem každé hvězdy … třídy nad ní, v kelvinech.
Uživatel Wikimedia Commons LucasVB, dodatky E. Siegela
16:12: Dává opravdu skvělý bod, nad kterým naprosto glosuje: z černé díry se kdy stane jen asi 1 z 1 000 hvězd. Ve 30 světelných letech od nás je více než 400 hvězd a nula z nich je hvězdami O nebo B a z nula z nich se staly černé díry. Tyto nejmodřejší, nejhmotnější a nejkratší hvězdy jsou jediné, které vyrostou v černé díry.
Stejné chování míče pád na zem ve zrychlené raketě (vlevo) a na Zemi … (vpravo) je ukázkou Einsteinova principu ekvivalence.
Uživatel Wikimedia Commons Markus Poessel, retušovaný Pbroksem13
16:15: Když se zamyslíte nad tím, „odkud se vzala Einsteinova teorie,“ Janna má velký význam: myšlenku principu ekvivalence. Pokud máte gravitaci, můžete si například uvědomit, že se ve svém křesle cítíte „těžce“. Ale tato reakce, kterou máte, je přesně stejná reakce, jakou byste cítili, kdybyste zrychlovali, spíše než gravitaci. Není to gravitace, kterou cítíte, jsou to účinky hmoty kolem vás!
16:17: Kapela OKGO natočila video létající ve zvratkové kometě. Janna nemůže z důvodu autorských práv zobrazit celou věc se zvukem a velmi ji doporučuje. Naštěstí pro vás, díky internetu … tady to je! Užívejte si ve svém volném čase!
Cesta jednou kolem oběžné dráhy Země v cestě kolem Slunce je cesta dlouhá 940 milionů kilometrů.
Larry McNish z RASC Calgary Center
16:19: Existuje další obrovské odhalení gravitace: způsob, jakým chápeme, jak věci fungují, vychází ze sledování toho, jak věci padají. Měsíc „padá“ kolem Země; Newton si to uvědomil. Ale Země padá kolem Slunce; Slunce „padá“ kolem galaxie; a atomy „padají“ zde na Zemi. Ale pro všechny platí stejné pravidlo, pokud jsou všichni ve volném pádu. Úžasné!
Černé díry jsou něco Vesmír se nenarodil, ale postupem času se rozrůstal. Oni … nyní dominují entropii vesmíru.
Ute Kraus, skupina pro fyzikální vzdělávání Kraus, Universität Hildesheim; Axel Mellinger (pozadí)
4:21 PM: Zde je zábavné odhalení: přestaňte myslet na černou díru jako na zhroucenou a rozdrcenou hmotu, i když to tak mohlo být. Místo toho o tom přemýšlejte jako o jednoduše oblasti prázdného prostoru se silnými gravitačními vlastnostmi. Ve skutečnosti, pokud jste udělali jen to, že jste této oblasti vesmíru přiřadili „hmotu“, dokonale by to definovalo Schwarzschildovu (nenabitou, nerotující) černou díru.
Supermasivní černá díra (Sgr A *) ve středu naší galaxie je zahalena v prašném, plynném … prostředí. Rentgenové a infračervené pozorování skrz něj částečně prochází, ale rádiové vlny by to konečně dokázaly přímo vyřešit.
Rentgenová observatoř Chandra NASA
4 : 23 PM: Kdybyste spadli do černé díry hmoty Slunce, měli byste asi mikrosekundu, od překročení horizontu událostí (podle Janny), dokud byste nebyli rozdrceni k smrti v singularitě. To je konzistentní podle toho, co jsem kdysi spočítal, kde pro černou díru ve středu Mléčné dráhy bychom měli asi 10 sekund. Jelikož je černá díra Mléčné dráhy 4 000 000krát hmotnější než naše Slunce, matematický druh funguje!
Joseph Weber s jeho detektor gravitačních vln v rané fázi, známý jako Weberův bar.
Speciální sbírky a univerzitní archivy, knihovny University of Maryland
16:26: Jak byste detekovali gravitační vlnu? Upřímně, bylo by to jako být na hladině oceánu; „Bobujete nahoru a dolů po povrchu vesmíru a v komunitě došlo k velkému sporu, zda jsou tyto vlny skutečné, nebo ne. Nebylo to, dokud nepřijel Joe Weber a nerozhodl se tyto gravitační vlny změřit. pomocí fenomenálního zařízení – hliníkové tyče – které by vibrovalo, kdyby vlnící se vlna tyčku „trochu trhla“.
Weber viděl mnoho takových signálů, které identifikoval s gravitačními vlnami, ale ty bohužel , nebyly nikdy reprodukovány ani ověřovány. Přes veškerou svou chytrost nebyl příliš opatrným experimentátorem.
16:29: „Dobrá otázka od Jon Grouberta na Twitteru:„ Mám otázku ohledně něčeho, co řekla – existuje něco uvnitř černé díry, není tam? Jako těžká neutronová hvězda. Měla by existovat singularita, která je buď bodová (pro nerotující singularitu), nebo jednorozměrný prsten (pro rotující), ale ne zhuštěná, zhroucená trojrozměrná hmota.
Proč ne?
Protože aby zůstala jako struktura, musí se síla šířit a přenášet mezi částicemi. Částice však mohou přenášet síly pouze rychlostí světla. Ale nic, dokonce ani světlo, se nemůže pohybovat „ven“ směrem k východu z černé díry; všechno směřuje k singularitě. A tak se nic nemůže udržet a vše se zhroutí do jedinečnosti. Je smutné, ale fyzika to činí nevyhnutelným.
16:32: Po Weberových neúspěchech (a pádu ze slávy) se v 70. letech objevil nápad LIGO u Rai Weissa. Trvalo to víc než 40 let, než se LIGO uskuteční (a více než 1 000 lidí, aby se to stalo), ale nejúžasnější věcí bylo, že to bylo experimentálně možné. Vytvořením dvou velmi dlouhých ramen páky jste mohli vidět účinek procházející gravitační vlny .
16:34: Toto je moje oblíbené video, které ilustruje, co dělá gravitační vlna. Pohybuje samotným prostorem (a v něm vše) o maličko. Pokud máte nastavený laserový interferometr (například LIGO), dokáže tyto vibrace detekovat. Pokud jste však byli dostatečně blízko a vaše uši byly dostatečně citlivé, mohl byste tento pohyb cítit v bubínku!
4: 35:00: „Mám opravdu dobrá sluchátka, Perimetre, ale bohužel neslyším signály různých modelů gravitačních vln, které hraje Janna!
Observatoř LIGO Hanford pro detekci gravitačních vln ve státě Washington v USA.
Caltech / MIT / LIGO Laboratory
16:38: Je to legrační myslet si, že toto je nejpokročilejší vakuum na světě uvnitř detektorů LIGO. Přesto jsou ptáci, krysy, myši atd. Všichni pod nimi a žvýkají si cestu téměř do vakuové komory, kterou světlo prochází. Pokud by ale došlo k prolomení vakua (od roku 1998 je konstantní), experiment by skončil. V Louisianě lovci stříleli do tunelů LIGO. Je děsivé, jak citlivé a drahé je toto zařízení, ale přesto křehké to všechno také je.
16:41: Janna dělá opravdu skvělou práci a vypráví tento příběh napínavým, ale velmi lidským způsobem. Viděli jsme jen několik posledních oběžných drah dvou obíhajících černých děr, drasticky zpomalených ve výše uvedeném filmu. Byly od sebe vzdáleny jen několik set kilometrů, poslední čtyři oběžné dráhy trvaly 200 milisekund, a to je celý signál, který LIGO viděl.
16:43: Pokud máte potíže s poslechem / slyšením událostí v řeči, poslouchejte toto video (výše), a to jak v přirozené, tak ve zvýšené výšce. Menší černé díry (zhruba 8 a 13 hmotností Slunce) z 26. prosince 2015 jsou tišší a vyšší než ty větší (29 a 36 hmotností Slunce) od 14. září téhož roku.
16:46: Jen malá korekce: Janna říká, že se jednalo o nejsilnější událost, jakou kdy byla od Velkého třesku zaznamenána. A to je jen technicky pravdivé, kvůli limitům naší detekce.
Když získáme jakékoli fúze černé díry, přibližně 10% hmoty nejméně masivní černé díry ve dvojici fúzí se převede na čistá energie pomocí Einsteinova E = mc2. 29 slunečních hmot je hodně, ale budou existovat černé díry stovek milionů nebo dokonce miliard slunečních hmot, které se spojily. A máme důkaz.
Nejmohutnější binární signál černé díry, jaký kdy byl viděn: OJ 287.
S. Zola & NASA / JPL
16:49: Toto je Úř. věst. 287, kde kolem 18 obíhá kolem 150 milionů černé díry sluneční hmoty miliardy sluneční hmoty černé díry. Úplná oběžná dráha trvá 11 let a obecná relativita zde předpovídá precesi 270 stupňů na oběžnou dráhu, ve srovnání s 43 obloukovými sekundami za století pro Merkur.
16:51: Janna zde udělala neuvěřitelnou práci, která skončila včas; Nikdy jsem neviděl hodinovou přednášku, která by po 50 minutách na veřejné přednášce v Perimetru skutečně skončila. Páni!
Země při pohledu z složený ze satelitních snímků NASA z vesmíru na počátku 2000.
NASA / Blue Marble Project
16:52: Co by se stalo, kdyby se Země nasala do černá díra? (Q & otázka od Max.) Ačkoli Janna dává skvělou odpověď, rád bych poukázal na to, že z pohledu gravitačních vln Země by byla rozdrcena na kusy a my bychom dostali „rozmazaný“ vlnový signál, což by byl mnohem hlučnější, statický signál. Jakmile bude Země pohlcena, horizont událostí naroste jen nepatrně, protože další tři miliontiny sluneční hmoty zvětšily poloměr černé díry jen o tuto malou, odpovídající částku.
16:55 : Jaká zábavná přednáška, skvělá a pohotová Q & relace a celkově skvělý zážitek. Užijte si to znovu a znovu, protože video z přednášky je nyní vloženo jako trvalý odkaz . A díky za naladění!
