Es largo Se ha dicho que no hay sonido en el espacio, y eso es cierto, hasta cierto punto. El sonido convencional requiere un medio a través del cual viajar, y se crea cuando las partículas se comprimen y rarifican, haciendo cualquier cosa desde un fuerte «bang» por un solo pulso a un tono constante para patrones repetidos. En el espacio, donde hay tan pocas partículas que tales señales mueren, incluso las erupciones solares, supernovas, fusiones de agujeros negros y otras catástrofes cósmicas se silencian antes de que se escuchen. Pero hay otro tipo de compresión y rarefacción que no requiere nada más que el tejido del espacio para viajar: las ondas gravitacionales. Gracias a los primeros resultados de detección positivos de LIGO, estamos escuchando el Universo por primera vez.

Las ondas gravitacionales eran algo que tenía que existir para que nuestra teoría de la gravedad fuera consistente, de acuerdo con la Relatividad General. A diferencia de Newton » Como la gravedad, donde dos masas cualesquiera que orbitan entre sí permanecerían en esa configuración para siempre, la teoría de Einstein predijo que durante un tiempo suficiente, las órbitas gravitacionales decaerían. Para algo como la Tierra orbitando alrededor del Sol, nunca vivirías para experimentarlo : la Tierra tardaría 10 ^ 150 años en girar en espiral hacia el Sol. Pero para sistemas más extremos, como dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí, en realidad podríamos ver las órbitas decayendo con el tiempo. Para conservar energía, la teoría de la gravedad de Einstein predijo que la energía debe ser transportada en forma de ondas gravitacionales.

Estas ondas son tremendamente débiles y sus efectos sobre los objetos en el espacio-tiempo son tremendamente diminutos. Pero si sabe cómo escucharlas, al igual que los componentes de una radio saben cómo escuchar esas ondas de luz de frecuencia larga, puede detectar estas señales y escucharlas tal como oiría cualquier otro sonido. Con una amplitud y una frecuencia, no son diferentes de cualquier otra onda. La Relatividad General hace predicciones explícitas de cómo deberían sonar estas ondas, siendo las señales generadoras de ondas más grandes las más fáciles de detectar. ¿La mayor amplitud suena a todos? Es el «chirrido» inspirador y de fusión de dos agujeros negros que se juntan en espiral.

En septiembre de 2015, pocos días después de avanzado LIGO comenzó a recopilar datos por primera vez, se detectó una señal grande e inusual. Sorprendió a todos, porque habría transportado tanta energía en solo una ráfaga corta de 200 milisegundos, que habría eclipsado a todas las estrellas en el Universo observable Sin embargo, esa señal resultó ser robusta, y la energía de ese estallido provino de dos agujeros negros, de 36 y 29 masas solares, fusionándose en una única masa solar de 62. ¿Esas tres masas solares faltantes? Se convirtieron en energía: ondas gravitacionales ondeando a través de la estructura del espacio. Ese fue el primer evento que LIGO detectó.

Ahora ha pasado más de un año y LIGO está actualmente en su segunda ejecución. No solo se han detectado otras fusiones agujero negro-agujero negro, sino que el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales es brillante, ya que nuevos detectores abrirán nuestros oídos a nuevos tipos de sonidos. Los interferómetros espaciales, como LISA, tendrán líneas de base más largas y escucharán sonidos de frecuencia más baja: sonidos como fusiones de estrellas de neutrones, festines de agujeros negros supermasivos y fusiones con masas muy desiguales.Las matrices de temporización de pulsar pueden medir frecuencias incluso más bajas, como órbitas que tardan años en completarse, como el par de agujeros negros supermasivos: OJ 287. Y las combinaciones de nuevas técnicas buscarán las ondas gravitacionales más antiguas de todas, las ondas reliquia predichas por la inflación cósmica. , desde el principio de nuestro Universo.

Hay tanto que escuchar, y recién comenzamos a escuchar por primera vez. Afortunadamente, la astrofísica Janna Levin, autora del fantástico libro Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space, está preparada para dar la conferencia pública en el Perimeter Institute esta noche, 3 de mayo, a las 7 p.m. Este / 4 p.m. Pacífico, y será transmitido en vivo aquí y blogueado en vivo por mí en tiempo real! Únase a nosotros para conocer aún más sobre este increíble tema, y no puedo esperar a escucharla hablar.

El blog en vivo comenzará unos minutos antes de las 4:00 p.m. Pacífico; ¡únete a nosotros aquí y síguenos!

3:50 PM: Faltan diez minutos para la hora del espectáculo, y para celebrar, aquí hay diez datos divertidos (o tantos como podamos entrar) sobre la gravedad y las ondas gravitacionales.

1.) En lugar de «acción a distancia», donde se ejerce una fuerza invisible entre masas, la relatividad general dice que la materia y la energía deforman el tejido del espacio-tiempo, y ese espacio-tiempo deformado es lo que se manifiesta como gravitación.

2.) En lugar de viajar a una velocidad infinita, la gravitación solo viaja a la velocidad de la luz.

3.) Esto es importante , porque significa que si ocurre algún cambio en la posición, configuración, movimiento, etc. de un objeto masivo, los cambios gravitacionales resultantes solo se propagan a la velocidad de la luz.

3:54 PM: 4.) Esto significa que las ondas gravitacionales, por ejemplo, solo pueden propagarse a la velocidad de la luz. Cuando «detectamos» una onda gravitacional, «estamos detectando la señal de cuando esa configuración de masa cambió.

5.) La primera señal detectada por LIGO ocurrió a una distancia de aproximadamente 1.300 millones de años luz. El Universo era aproximadamente un 10% más joven de lo que es hoy cuando ocurrió la fusión.

6.) Si la gravitación viajara a una velocidad infinita, las órbitas planetarias serían completamente inestables. El hecho de que los planetas se muevan en elipses alrededor del Sun exige que si la Relatividad General es correcta, la velocidad de la gravedad debe ser igual a la velocidad de la luz con una precisión de aproximadamente el 1%.

3:57 PM: 7.) Hay muchas, muchas más ondas gravitacionales señales de lo que LIGO ha visto hasta ahora; solo hemos detectado la señal más fácil de detectar.

8.) Lo que hace que una señal sea «fácil» de ver es una combinación de su amplitud, que es decir, cuánto puede deformar la longitud de un camino, o una distancia en el espacio, así como su frecuencia.

9.) Porque los brazos de LIGO tienen solo 4 kilómetros de largo y los espejos reflejan la luz miles de veces (pero no más), eso significa que LIGO solo puede detectar frecuencias de 1 Hz o más rápido.

10.) Para señales más lentas, necesitamos brazos de palanca más largos y mayor sensibilidad, y eso significará ir al espacio. ¡Ese es el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales!

4:01 PM: ¡Lo logramos! ¡Es hora de comenzar y presentar a Janna Levin! (Pronuncie «JAN-na», no «YON-na», si te estabas preguntando.)

4:05 PM: Aquí está el gran anuncio / plano: la primera grabación directa de la primera onda gravitacional. Pasaron 100 años después de que Einstein presentó por primera vez la relatividad general, ¡y ella está tocando una grabación!¡Asegúrate de ir a escuchar! ¿Qué significa «escuchar» un sonido en el espacio, después de todo, y por qué es un sonido? Ese es el propósito, dice, de su charla.

4:08 PM: Si considera lo que hay en el Universo, no teníamos forma de saber nada de esto en el tiempo de Galileo. Estábamos pensando en las manchas solares, Saturno, etc., y éramos completamente incapaces de concebir las grandes escalas o distancias cósmicas. Olvídese de «concebir otras galaxias», ¡no habíamos concebido nada de esto!

4:10 PM: ¡Janna está mostrando uno de mis videos favoritos (que reconozco) de Sloan Digital Sky Survey! Hicieron un estudio de 400.000 de las galaxias más cercanas y las mapearon en tres dimensiones. Así es como se ve nuestro Universo (cercano) y, como puede ver, ¡es en su mayor parte un espacio vacío!

4:12 PM: Ella hace un gran punto que pasa por alto por completo: solo alrededor de 1 en 1000 estrellas se convertirá en un agujero negro. Hay más de 400 estrellas a 30 años luz de nosotros, y ninguna de ellas son estrellas O o B, y ninguna de ellas se ha convertido en agujeros negros. Estas estrellas más azules, masivas y de vida más corta son las únicas que se convertirán en agujeros negros.

4:15 PM: Cuando consideras «de dónde vino la teoría de Einstein», Janna hace un gran punto: la idea del principio de equivalencia. Si tiene gravedad, podría considerar que se siente «pesado» en su silla, por ejemplo. Pero esta reacción que tienes es exactamente la misma que sentirías si estuvieras acelerando, en lugar de gravitar. No es la gravedad lo que sientes, ¡son los efectos de la materia que te rodea!

4:17 PM: La banda OKGO hizo un video volando en el cometa vomit. Janna no puede mostrar todo, con audio, por razones de derechos de autor, y lo recomienda encarecidamente. Por suerte para ti, gracias a internet … ¡aquí está! ¡Disfrute a su gusto!

4:19 PM: Hay otra gran revelación para la gravedad: la forma en que entendemos cómo funcionan las cosas proviene de observar cómo las cosas caen. La Luna está «cayendo» alrededor de la Tierra; Newton se dio cuenta de eso. Pero la Tierra cae alrededor del Sol; el Sol está «cayendo» alrededor de la galaxia; y los átomos «caen» aquí en la Tierra. Pero la misma regla se aplica a todos, siempre y cuando todos estén en caída libre. ¡Increíble!

4:21 PM: Aquí hay una revelación divertida: deje de pensar en un agujero negro como materia colapsada y triturada, aunque así sea como se originó. En cambio, piense en ello como simplemente una región de espacio vacío con fuertes propiedades gravitacionales. De hecho, si todo lo que hiciera fuera asignar «masa» a esta región del espacio, eso definiría perfectamente un agujero negro de Schwarzschild (sin carga, sin rotación).

4 : 23 PM: Si cayeras en un agujero negro de la masa del Sol, tendrías alrededor de un microsegundo, desde que cruzas el horizonte de eventos (según Janna) hasta que mueras aplastado en la singularidad. Esto es consistente con lo que una vez calculé, donde, para el agujero negro en el centro de la Vía Láctea, tendríamos unos 10 segundos. Dado que el agujero negro de la Vía Láctea es 4.000.000 de veces más masivo que nuestro Sol, ¡las matemáticas funcionan!

4:26 PM: ¿Cómo detectaría una onda gravitacional? Honestamente, sería como estar en la superficie del océano; se movía hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la superficie del espacio, y había una gran discusión en la comunidad sobre si estas ondas eran reales o no. No fue hasta que Joe Weber llegó y decidió intentar medir estas ondas gravitacionales , usando un dispositivo fenomenal, una barra de aluminio, que vibraría si una onda ondulante «golpeara» la barra muy levemente.

Weber vio muchas señales de este tipo que identificó con ondas gravitacionales, pero estas, desafortunadamente , nunca fueron reproducidos ni verificados. A pesar de toda su inteligencia, no fue un experimentador muy cuidadoso.

4:29 PM: Hay una buena pregunta de Jon Groubert en twitter: «Tengo una pregunta sobre algo que ella dijo, hay algo dentro de un agujero negro, ¿no es así? Como una estrella de neutrones pesada. Debe haber una singularidad, que sea puntual (para una singularidad no giratoria) o un anillo unidimensional (para uno giratorio), pero no materia condensada, colapsada o tridimensional.

¿Por qué no?

Porque para permanecer como estructura, una fuerza necesita propagarse y transmitirse entre partículas. Pero las partículas solo pueden transmitir fuerzas a la velocidad de la luz. Pero nada, ni siquiera la luz, puede moverse «hacia afuera» hacia la salida de un agujero negro; todo se mueve hacia la singularidad. Y entonces nada puede sostenerse y todo se derrumba en la singularidad. Triste, pero la física hace que esto sea inevitable.

4:32 PM: Después de los fracasos de Weber (y la caída de la fama), la idea de LIGO surgió por Rai Weiss en la década de 1970. Tomó más de 40 años para que LIGO llegara a buen término (y más de 1000 personas para que lo hicieran), pero lo más fantástico fue que era experimentalmente posible. Al hacer dos brazos de palanca muy largos, se podía ver el efecto de una onda gravitacional que pasaba. .

4:34 PM: Este es mi video favorito que ilustra lo que hace una onda gravitacional. Mueve el espacio mismo (y todo lo que hay en él) hacia adelante y hacia atrás en una pequeña cantidad. Si tiene un interferómetro láser configurado (como LIGO), puede detectar estas vibraciones. Pero si estuviera lo suficientemente cerca y sus oídos fueran lo suficientemente sensibles, ¡podría sentir este movimiento en su tímpano!

4: 35 PM: Tengo unos auriculares realmente buenos, Perimeter, pero desafortunadamente no puedo escuchar las diferentes señales del modelo de ondas gravitacionales que Janna está reproduciendo.

4:38 PM: Es divertido pensar que este es el vacío más avanzado del mundo, dentro de los detectores LIGO. Sin embargo, hay pájaros, ratas, ratones, etc., todos debajo, y mastican su camino hasta casi la cámara de vacío por donde viaja la luz. Pero si el vacío se hubiera roto (ha sido constante desde 1998), el experimento habría terminado. En Luisiana, los cazadores dispararon contra los túneles de LIGO. Es horrible lo sensible y costoso que es este equipo, pero aún así lo frágil todo lo es también.

4:41 PM: Janna está haciendo un gran trabajo contando esta historia de una manera llena de suspenso pero muy humana. Solo vimos las últimas órbitas de dos agujeros negros en órbita, drásticamente ralentizados en la película anterior. Estaban a solo unos cientos de kilómetros de distancia, esas últimas cuatro órbitas tomaron 200 milisegundos, y esa es la totalidad de la señal que vio LIGO.

4:43 PM: Si tiene problemas para escuchar / escuchar los eventos en la charla, escuche este video (arriba), tanto en tono natural como en tono aumentado. Los agujeros negros más pequeños (aproximadamente 8 y 13 masas solares) del 26 de diciembre de 2015, son más silenciosos y de tonos más altos que los más grandes (29 y 36 masas solares) del 14 de septiembre del mismo año.

4:46 PM: Solo una pequeña corrección: Janna dice que este fue el evento más poderoso jamás detectado desde el Big Bang. Y eso es solo técnicamente cierto, debido a los límites de nuestra detección.

Cuando obtenemos fusiones de agujeros negros, aproximadamente el 10% de la masa del agujero negro menos masivo en un par de fusiones se convierte en energía pura a través de E = mc2 de Einstein. 29 masas solares es mucho, pero habrá agujeros negros de cientos de millones o incluso miles de millones de masas solares que se han fusionado. Y tenemos pruebas.

4:49 PM: Este es OJ 287, donde un agujero negro de 150 millones de masas solares orbita alrededor de 18 mil millones de masa solar agujero negro. Se necesitan 11 años para que ocurra una órbita completa, y la Relatividad General predice una precesión de 270 grados por órbita aquí, en comparación con los 43 segundos de arco por siglo de Mercurio.

4:51 PM: Janna hizo un trabajo increíble y terminó a tiempo aquí; Nunca he visto que una hora de conversación termine realmente después de 50 minutos en una conferencia pública del perímetro. ¡Vaya!

4:52 PM: ¿Qué pasaría si la Tierra fuera absorbida por un agujero negro? (Q & Una pregunta de Max.) Aunque Janna está dando una gran respuesta, me gustaría señalar que, desde el punto de vista de las ondas gravitacionales, La Tierra se haría pedazos, y obtendríamos una señal de onda «manchada», que sería una señal mucho más ruidosa y estática. Una vez que la Tierra fuera tragada, el horizonte de eventos crecería solo un poquito, ya que tres millonésimas de masa solar adicionales aumentaban el radio del agujero negro en esa pequeña cantidad correspondiente.

4:55 PM : Qué charla divertida, una Q genial y ágil. & Una sesión y una gran experiencia en general. Disfrútala una y otra vez, porque el video de la charla ahora está integrado como un enlace permanente . ¡Y gracias por sintonizarnos!