Es ist lang Es wurde gesagt, dass es im Raum keinen Klang gibt, und das ist bis zu einem gewissen Punkt wahr. Herkömmlicher Klang erfordert ein Medium, durch das er sich bewegen kann, und entsteht, wenn Partikel komprimiert und verdünnt werden, was aus einem lauten „Knall“ etwas macht Ein einziger Impuls zu einem gleichmäßigen Ton für sich wiederholende Muster. Im Weltraum, wo es so wenige Partikel gibt, dass solche Signale absterben, verstummen sogar Sonneneruptionen, Supernovae, Fusionen von Schwarzen Löchern und andere kosmische Katastrophen, bevor sie jemals gehört werden. Aber es gibt noch eine andere Art der Komprimierung und Verdünnung, für deren Bewegung nichts anderes als das Gewebe des Raums selbst erforderlich ist: Gravitationswellen. Dank der ersten positiven Erkennungsergebnisse von LIGO hören wir das Universum zum ersten Mal.

Gravitationswellen mussten existieren, damit unsere Gravitationstheorie gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie konsistent war. Anders als in Newton “ s Schwerkraft, bei der zwei sich umkreisende Massen für immer in dieser Konfiguration bleiben würden, sagte Einsteins Theorie voraus, dass Gravitationsbahnen über einen ausreichend langen Zeitraum hinweg zerfallen würden. Für so etwas wie die Erde, die die Sonne umkreist, würde man sie niemals erleben : Es würde 10 ^ 150 Jahre dauern, bis sich die Erde in die Sonne windet. Aber für extremere Systeme, wie zwei Neutronensterne, die sich gegenseitig umkreisen, könnten wir tatsächlich sehen, wie die Umlaufbahnen im Laufe der Zeit abfallen. Um Energie zu sparen, sagte Einsteins Gravitationstheorie voraus, dass Energie in Form von Gravitationswellen abgeführt werden muss.

Diese Wellen sind unglaublich schwach und ihre Auswirkungen auf die Objekte in der Raumzeit sind erstaunlich gering. Aber wenn Sie wissen, wie man auf sie hört – genau wie die Komponenten eines Radios wissen, wie man auf diese langfrequenten Lichtwellen hört – können Sie diese Signale erkennen und hören, so wie Sie jeden anderen Ton hören würden. Mit einer Amplitude und eine Frequenz, sie unterscheiden sich nicht von jeder anderen Welle. Die Allgemeine Relativitätstheorie macht explizite Vorhersagen darüber, wie diese Wellen klingen sollen, wobei die größten wellenerzeugenden Signale am einfachsten zu erkennen sind. Die größte Amplitude klingt alles? Es ist das inspirierende und verschmelzende „Zwitschern“ zweier schwarzer Löcher, die sich ineinander winden.

Im September 2015, nur wenige Tage nach dem Fortschritt LIGO begann zum ersten Mal mit der Datenerfassung. Es wurde ein großes, ungewöhnliches Signal entdeckt. Es überraschte alle, da es in nur 200 Millisekunden so viel Energie transportiert hätte, dass es alle Sterne im beobachtbaren Universum überstrahlt hätte Dieses Signal erwies sich jedoch als robust, und die Energie aus diesem Ausbruch stammte von zwei Schwarzen Löchern – von 36 und 29 Sonnenmassen -, die zu einer einzigen 62 Sonnenmasse verschmolzen. Diese fehlten drei Sonnenmassen? Sie wurden in reine umgewandelt Energie: Gravitationswellen, die sich durch das Raumgefüge kräuseln. Dies war das erste Ereignis, das LIGO jemals entdeckt hat.

Jetzt ist es über ein Jahr später und LIGO ist derzeit in seinem zweiten Lauf. Es wurden nicht nur andere Fusionen von Schwarzen Löchern und Schwarzen Löchern entdeckt, sondern die Zukunft der Gravitationswellenastronomie ist vielversprechend, da neue Detektoren unsere Ohren für neue Arten von Geräuschen öffnen werden. Weltrauminterferometer wie LISA haben längere Basislinien und hören Geräusche mit niedrigerer Frequenz: Geräusche wie Neutronensternfusionen, das Schlemmen supermassiver Schwarzer Löcher und Fusionen mit sehr ungleichen Massen.Pulsar-Timing-Arrays können noch niedrigere Frequenzen messen, wie beispielsweise Umlaufbahnen, deren Fertigstellung Jahre in Anspruch nimmt, wie beispielsweise das supermassive Schwarzlochpaar: ABl. 287. Und Kombinationen neuer Techniken werden nach den ältesten Gravitationswellen von allen suchen, den Reliktwellen, die durch die kosmische Inflation vorhergesagt werden Der ganze Weg zurück zu Beginn unseres Universums.

Es gibt so viel zu hören, und wir haben gerade erst zum ersten Mal angefangen zuzuhören. Zum Glück ist die Astrophysikerin Janna Levin – Autorin des fantastischen Buches Black Hole Blues und anderer Songs aus dem Weltraum – bereit, heute Abend, am 3. Mai, um 19.00 Uhr Eastern / 16.00 Uhr Pacific den öffentlichen Vortrag im Perimeter Institute zu halten hier live gestreamt und von mir in Echtzeit live gebloggt! Dann besuchen Sie uns, um noch mehr über dieses unglaubliche Thema zu erfahren, und ich kann es kaum erwarten, sie sprechen zu hören.

Der Live-Blog beginnt einige Minuten vor 16:00 Uhr Pazifik, schließen Sie sich uns hier an und folgen Sie uns!

15:50 Uhr: Bis zur Show sind es zehn Minuten, und um zu feiern, hier sind zehn lustige Fakten (oder so viele wie möglich über Gravitation und Gravitationswellen einsteigen.

1.) Anstelle von „Fernwirkung“, bei der eine unsichtbare Kraft zwischen Massen ausgeübt wird, besagt die allgemeine Relativitätstheorie, dass Materie und Energie das Gewebe der Raumzeit verzerren. und diese verzerrte Raumzeit manifestiert sich als Gravitation.

2.) Anstatt sich mit unendlicher Geschwindigkeit zu bewegen, bewegt sich die Gravitation nur mit Lichtgeschwindigkeit.

3.) Dies ist wichtig , weil es bedeutet, dass, wenn Änderungen an der Position, Konfiguration, Bewegung usw. eines massiven Objekts auftreten, Die sich daraus ergebenden Gravitationsänderungen breiten sich nur mit Lichtgeschwindigkeit aus.

15:54 Uhr: 4.) Dies bedeutet, dass sich Gravitationswellen beispielsweise nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können. Wenn wir eine Gravitationswelle „erfassen“, erfassen wir das Signal ab dem Zeitpunkt, an dem sich diese Massenkonfiguration geändert hat.

5.) Das erste von LIGO erfasste Signal trat in einer Entfernung von ungefähr 1,3 Milliarden Lichtjahren auf Das Universum war ungefähr 10% jünger als heute, als diese Fusion stattfand.

6.) Wenn sich die Gravitation mit unendlicher Geschwindigkeit fortbewegt, wären Planetenbahnen völlig instabil. Die Tatsache, dass sich Planeten in Ellipsen um die Erde bewegen Sun schreibt vor, dass bei korrekter allgemeiner Relativitätstheorie die Schwerkraft der Lichtgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von etwa 1% entsprechen muss.

15:57 Uhr: 7.) Es gibt viel, viel mehr Gravitationswellen Signale als das, was LIGO bisher gesehen hat; wir haben nur das am einfachsten zu erkennende Signal erkannt.

8.) Was ein Signal „leicht“ zu sehen macht, ist eine Kombination seiner Amplitude, die ist zu sagen, wie stark es eine Pfadlänge oder einen Abstand im Raum sowie seine Frequenz verformen kann.

9.) Da die Arme von LIGO nur 4 Kilometer lang sind und die Spiegel das reflektieren Licht tausendfach (aber nicht mehr), das heißt, LIGO kann nur Frequenzen von 1 Hz oder schneller erkennen.

10.) Für langsamere Signale benötigen wir längere Hebelarme und größere Empfindlichkeiten, und das bedeutet, in den Weltraum zu gehen. Das ist die Zukunft der Gravitationswellenastronomie!

16:01 Uhr: Wir haben es geschafft! Zeit, Janna Levin vorzustellen! (Sprechen Sie „JAN-na“ aus, nicht „YON-na“, wenn Sie haben sich gefragt.)

16:05 Uhr: Hier ist die große Ankündigung / Aufnahme: die erste direkte Aufzeichnung der ersten Gravitationswelle. Es dauerte 100 Jahre, bis Einstein die allgemeine Relativitätstheorie zum ersten Mal herausbrachte und sie eine Aufnahme spielt!Stellen Sie sicher, dass Sie gehen und zuhören! Was bedeutet es schließlich, ein Geräusch im Raum zu „hören“, und warum ist dies ein Geräusch? Das ist der Zweck ihres Vortrags, sagt sie.

16:08 Uhr: Wenn Sie bedenken, was da draußen im Universum ist, hatten wir keine Möglichkeit, irgendetwas davon zu wissen Zeit von Galileo. Wir dachten an Sonnenflecken, Saturn usw. und waren völlig unfähig, uns die großen kosmischen Skalen oder Entfernungen vorzustellen. Vergessen Sie die „Vorstellung anderer Galaxien“, wir hatten nichts davon gedacht!

16:10 Uhr: Janna zeigt eines meiner Lieblingsvideos (die ich wiedererkenne) aus der Sloan Digital Sky Survey! Sie nahmen eine Vermessung von 400.000 der nächsten Galaxien vor und kartierten sie in drei Dimensionen. So sieht unser (nahe gelegenes) Universum aus, und wie Sie sehen können, ist es wirklich größtenteils leerer Raum!

16:12 Uhr: Sie macht einen wirklich großartigen Punkt, den sie total beschönigt: Nur etwa 1: 1000 Sterne werden jemals zu einem Schwarzen Loch. Innerhalb von 30 Lichtjahren gibt es über 400 Sterne, von denen null O- oder B-Sterne sind und null von ihnen zu Schwarzen Löchern geworden sind. Diese blauesten, massereichsten und kurzlebigsten Sterne sind die einzigen, die zu Schwarzen Löchern heranwachsen.

16:15 Uhr: Wenn Sie überlegen, woher Einsteins Theorie stammt, macht Janna einen großen Punkt: die Idee des Äquivalenzprinzips. Wenn Sie Schwerkraft haben, können Sie beispielsweise annehmen, dass Sie sich in Ihrem Stuhl „schwer“ fühlen. Aber diese Reaktion, die Sie haben, ist genau die gleiche Reaktion, die Sie fühlen würden, wenn Sie beschleunigen würden, anstatt zu gravitieren. Es ist nicht die Schwerkraft, die Sie fühlen, es sind die Auswirkungen der Materie um Sie herum!

16:17 Uhr: Die Band OKGO hat ein Video gemacht, das im Erbrochenen-Kometen geflogen ist. Janna kann das Ganze aus urheberrechtlichen Gründen nicht mit Audio zeigen und empfiehlt es sehr. Zum Glück für Sie, dank dem Internet … hier ist es! Genießen Sie es in Ihrer Freizeit!

16:19 Uhr: Es gibt noch eine weitere große Offenbarung für die Schwerkraft: Die Art und Weise, wie wir verstehen, wie Dinge funktionieren, hängt davon ab, wie Dinge fallen. Der Mond „fällt“ um die Erde; Newton erkannte das. Aber die Erde fällt um die Sonne; Die Sonne „fällt“ um die Galaxie herum. und Atome „fallen“ hier auf der Erde. Aber die gleiche Regel gilt für sie alle, solange sie alle im freien Fall sind. Erstaunlich!

4:21 PM: Hier ist eine lustige Offenbarung: Hör auf, ein Schwarzes Loch als kollabierte, zerkleinerte Materie zu betrachten, auch wenn es so entstanden sein könnte. Stellen Sie sich das stattdessen einfach als eine Region des leeren Raums mit starken Gravitationseigenschaften vor. Wenn Sie diesem Raumbereich lediglich „Masse“ zuweisen würden, würde dies ein Schwarzschild-Schwarzes Loch (nicht geladen, nicht rotierend) perfekt definieren.

4 : 23 PM: Wenn Sie in die Masse der Sonne in ein Schwarzes Loch fallen würden, hätten Sie ungefähr eine Mikrosekunde Zeit, vom Überqueren des Ereignishorizonts (laut Janna) bis Sie bei der Singularität zu Tode zerquetscht wurden. Dies ist konsistent mit dem, was ich einmal berechnet habe, wo wir für das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße ungefähr 10 Sekunden Zeit hätten. Da das Schwarze Loch der Milchstraße 4.000.000 Mal so massereich ist wie unsere Sonne, funktioniert die Mathematik!

16:26 Uhr: Wie würden Sie eine Gravitationswelle erkennen? Ehrlich gesagt wäre es, als wäre man auf der Oberfläche des Ozeans; Sie würden auf der Oberfläche des Weltraums auf und ab schaukeln, und es gab in der Gemeinde einen großen Streit darüber, ob diese Wellen real waren oder nicht. Erst als Joe Weber kam und beschloss, diese Gravitationswellen zu messen unter Verwendung eines phänomenalen Geräts – eines Aluminiumstabs – der vibrieren würde, wenn eine plätschernde Welle den Stab leicht „zupfte“.

Weber sah viele solcher Signale, die er mit Gravitationswellen identifizierte, aber diese leider wurden nie reproduziert oder verifiziert. Trotz all seiner Klugheit war er kein sehr vorsichtiger Experimentator.

16:29 Uhr: Es gibt eine gute Frage von Jon Groubert auf Twitter: Ich habe eine Frage zu etwas, das sie gesagt hat – es gibt Ist etwas in einem Schwarzen Loch nicht da? Wie ein schwerer Neutronenstern. Es sollte eine Singularität geben, die entweder punktförmig (für eine nicht rotierende Singularität) oder ein eindimensionaler Ring (für eine rotierende) ist, aber keine kondensierte, kollabierte dreidimensionale Materie.

Warum nicht?

Denn um als Struktur zu bleiben, muss sich eine Kraft ausbreiten und zwischen Partikeln übertragen werden. Teilchen können jedoch nur mit Lichtgeschwindigkeit Kräfte übertragen. Aber nichts, nicht einmal Licht, kann sich „nach außen“ zum Ausgang eines Schwarzen Lochs bewegen; alles bewegt sich in Richtung der Singularität. Und so kann sich nichts halten, und alles bricht in die Singularität zusammen. Traurig, aber die Physik macht dies unvermeidlich.

16:32 Uhr: Nach Webers Misserfolgen (und dem Sturz aus dem Ruhm) kam Rai Weiss in den 1970er Jahren auf die Idee von LIGO. Es dauerte mehr als 40 Jahre, bis LIGO zum Tragen kam (und über 1.000 Menschen, um dies zu erreichen), aber das Fantastischste war, dass es experimentell möglich war. Durch die Herstellung von zwei sehr langen Hebelarmen konnte man den Effekt einer vorbeiziehenden Gravitationswelle sehen

16:34 Uhr: Dies ist mein Lieblingsvideo, das zeigt, was eine Gravitationswelle tut. Sie bewegt den Raum selbst (und alles darin) um einen winzigen Betrag hin und her. Wenn Sie ein Laserinterferometer (wie LIGO) eingerichtet haben, kann es diese Vibrationen erkennen. Wenn Sie jedoch nah genug und Ihre Ohren empfindlich genug waren, können Sie diese Bewegung in Ihrem Trommelfell spüren!

4: 35 Uhr: Ich habe einige wirklich gute Kopfhörer, Perimeter, aber leider kann ich die verschiedenen Gravitationswellenmodellsignale, die Janna spielt, nicht hören!

16:38 Uhr: Es ist lustig zu denken, dass dies das fortschrittlichste Vakuum der Welt innerhalb der LIGO-Detektoren ist. Doch Vögel, Ratten, Mäuse usw. sind alle darunter und kauen sich in fast die Vakuumkammer, durch die das Licht wandert. Aber wenn das Vakuum unterbrochen worden wäre (es ist seit 1998 konstant), wäre das Experiment beendet. In Louisiana haben Jäger auf die LIGO-Tunnel geschossen. Es ist schrecklich, wie empfindlich und teuer diese Ausrüstung ist, aber dennoch wie zerbrechlich es ist auch alles.

16:41 Uhr: Janna macht einen wirklich tollen Job und erzählt diese Geschichte auf spannende, aber sehr menschliche Weise. Wir haben nur die letzten Umlaufbahnen von zwei umlaufenden Schwarzen Löchern gesehen, die im obigen Film drastisch verlangsamt wurden. Sie waren nur ein paar hundert Kilometer voneinander entfernt, diese letzten vier Umlaufbahnen dauerten 200 Millisekunden, und das ist die Gesamtheit des Signals, das LIGO sah.

16:43 Uhr: Wenn Wenn Sie Probleme haben, die Ereignisse im Gespräch zu hören / zu hören, hören Sie sich dieses Video (oben) sowohl in natürlicher als auch in erhöhter Tonhöhe an. Die kleineren Schwarzen Löcher (ungefähr 8 und 13 Sonnenmassen) vom 26. Dezember 2015 sind sowohl leiser als auch höher als die größeren (29 und 36 Sonnenmassen) vom 14. September desselben Jahres.

16:46 Uhr: Nur eine kleine Korrektur: Janna sagt, dies sei das mächtigste Ereignis, das jemals seit dem Urknall entdeckt wurde. Und das ist aufgrund der Grenzen unserer Erkennung nur technisch wahr.

Wenn wir Fusionen von Schwarzen Löchern erhalten, werden ungefähr 10% der Masse des am wenigsten massiven Schwarzen Lochs in einem Fusionspaar umgewandelt reine Energie über Einsteins E = mc2. 29 Sonnenmassen sind viel, aber es wird schwarze Löcher von Hunderten von Millionen oder sogar Milliarden von Sonnenmassen geben, die sich zusammengeschlossen haben. Und wir haben Beweise.

16:49 Uhr: Dies ist ABl. 287, wo ein Schwarzes Loch mit 150 Millionen Sonnenmassen eine ~ 18 umkreist Milliarden Sonnenmasse Schwarzes Loch. Es dauert 11 Jahre, bis eine vollständige Umlaufbahn erreicht ist, und die Allgemeine Relativitätstheorie sagt hier eine Präzession von 270 Grad pro Umlaufbahn voraus, verglichen mit 43 Bogensekunden pro Jahrhundert für Merkur.

16:51 Uhr: Janna hat einen unglaublichen Job gemacht und pünktlich hier geendet. Ich habe noch nie gesehen, dass eine Stunde Gespräch nach 50 Minuten bei einem öffentlichen Perimeter-Vortrag tatsächlich endet. Wow!

16:52 Uhr: Was würde passieren, wenn die Erde angesaugt würde? ein schwarzes Loch? (Q & Eine Frage von Max.) Obwohl Janna eine großartige Antwort gibt, möchte ich darauf hinweisen, dass aus Sicht der Gravitationswelle Die Erde würde auseinander gerissen, und wir würden ein „verschmiertes“ Wellensignal erhalten, das ein viel lauteres statisches y-Signal wäre. Sobald die Erde verschluckt wurde, würde der Ereignishorizont nur ein kleines bisschen wachsen, da zusätzliche drei Millionstel einer Sonnenmasse den Radius des Schwarzen Lochs um genau diesen winzigen, entsprechenden Betrag vergrößerten.

16:55 Uhr : Was für ein lustiges Gespräch, ein großartiges und bissiges Q & Eine Sitzung und insgesamt eine großartige Erfahrung. Genießen Sie es immer wieder, denn das Video des Gesprächs ist jetzt als Permalink eingebettet Und danke fürs Einschalten!