È lungo è stato detto che non c’è suono nello spazio, e questo è vero, fino a un certo punto. Il suono convenzionale richiede un mezzo attraverso il quale viaggiare e viene creato quando le particelle si comprimono e si chiariscono, producendo qualsiasi cosa da un forte “botto” per un singolo impulso per un tono coerente per schemi ripetitivi. Nello spazio, dove ci sono così poche particelle che tali segnali si estinguono, anche i brillamenti solari, le supernove, le fusioni di buchi neri e altre catastrofi cosmiche tacciono prima di “essere mai udite”. Ma c’è un altro tipo di compressione e rarefazione che non richiede nient’altro che il tessuto dello spazio stesso per viaggiare: le onde gravitazionali. Grazie ai primi risultati positivi di rilevamento di LIGO, stiamo “ascoltando l’Universo per la prima volta.

Le onde gravitazionali erano qualcosa che doveva esistere affinché la nostra teoria della gravità fosse coerente, secondo la Relatività Generale. A differenza di Newton ” s gravitazionale, dove due masse qualsiasi in orbita l’una sull’altra sarebbero rimaste in quella configurazione per sempre, la teoria di Einstein prevedeva che per tempi abbastanza lunghi, le orbite gravitazionali sarebbero decadute. : ci vorrebbero 10 ^ 150 anni perché la Terra si trasformi in una spirale nel Sole. Ma per sistemi più estremi, come due stelle di neutroni in orbita l’una sull’altra, potremmo effettivamente vedere le orbite decadere nel tempo. Per risparmiare energia, la teoria della gravità di Einstein prediceva che l’energia doveva essere trasportata sotto forma di onde gravitazionali.

Queste onde sono deboli in modo esasperante e i loro effetti sugli oggetti nello spaziotempo sono incredibilmente piccoli. Ma se sai come ascoltarli – proprio come i componenti di una radio sanno come ascoltare quelle onde luminose a lunga frequenza – puoi rilevare questi segnali e ascoltarli proprio come faresti con qualsiasi altro suono. Con un’ampiezza e una frequenza, non sono diversi da qualsiasi altra onda. La Relatività Generale fa previsioni esplicite su come dovrebbero suonare queste onde, con i segnali che generano onde più grandi che sono i più facili da rilevare. La più grande ampiezza suona tutto? È il “chirp” ispiratore e fondente di due buchi neri che si intrecciano a spirale.

Nel settembre del 2015, pochi giorni dopo LIGO ha iniziato a raccogliere dati per la prima volta, è stato individuato un segnale ampio e insolito. Ha sorpreso tutti, perché avrebbe trasportato così tanta energia in una breve raffica di 200 millisecondi, che avrebbe superato tutte le stelle dell’Universo osservabile Eppure quel segnale si è rivelato robusto e l’energia proveniente da quella esplosione proveniva da due buchi neri – di 36 e 29 masse solari – che si sono fusi in un unico di 62 masse solari. Quelle mancanti di tre masse solari? energia: onde gravitazionali che si increspano attraverso il tessuto dello spazio. Questo è stato il primo evento LIGO mai rilevato.

Ora è più di un anno dopo e LIGO è attualmente alla sua seconda esecuzione. Non solo sono state rilevate altre fusioni buco nero-buco nero, ma il futuro dell’astronomia delle onde gravitazionali è luminoso, poiché nuovi rilevatori apriranno le nostre orecchie a nuovi tipi di suoni. Gli interferometri spaziali, come LISA, avranno linee di base più lunghe e sentiranno suoni a frequenza più bassa: suoni come fusioni di stelle di neutroni, buchi neri supermassicci e fusioni con masse altamente disuguali.Gli array di temporizzazione pulsar possono misurare frequenze ancora più basse, come orbite che impiegano anni per essere completate, come la coppia di buchi neri supermassicci: GU 287. E combinazioni di nuove tecniche cercheranno le onde gravitazionali più antiche di tutte, le onde reliquia previste dall’inflazione cosmica , fin dall’inizio del nostro universo.

C’è così tanto da sentire e abbiamo appena iniziato ad ascoltare per la prima volta. Per fortuna, l’astrofisica Janna Levin, autrice del fantastico libro Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space, è pronta a tenere la conferenza pubblica al Perimeter Institute stasera, 3 maggio, alle 19:00 Eastern / 4 PM Pacific, e sarà trasmesso in live streaming qui e scritto da me nel blog in tempo reale! Unisciti a noi per ulteriori informazioni su questo incredibile argomento e non vedo l’ora di sentirla parlare.

Il blog dal vivo inizierà pochi minuti prima delle 16:00 Pacifico; unisciti a noi qui e seguici!

3:50 PM: Mancano dieci minuti allo spettacolo e per festeggiare, ecco dieci fatti divertenti (o quanti più entrare) sulla gravità e sulle onde gravitazionali.

1.) Invece di “azione a distanza”, dove una forza invisibile viene esercitata tra le masse, la relatività generale dice che la materia e l’energia deformano il tessuto dello spaziotempo, e quello spazio-tempo deformato è ciò che si manifesta come gravitazione.

2.) Invece di viaggiare a velocità infinita, la gravitazione viaggia solo alla velocità della luce.

3.) Questo è importante , perché significa che se si verificano cambiamenti nella posizione, configurazione, movimento, ecc. di un oggetto massiccio, i conseguenti cambiamenti gravitazionali si propagano solo alla velocità della luce.

3:54 PM: 4.) Ciò significa che le onde gravitazionali, per esempio, possono propagarsi solo alla velocità della luce. Quando “rileviamo” un’onda gravitazionale, stiamo “rilevando il segnale da quando quella configurazione di massa è cambiata.

5.) Il primo segnale rilevato da LIGO si è verificato a una distanza di circa 1,3 miliardi di anni luce. L’universo era circa il 10% più giovane di quanto lo sia oggi quando si è verificata quella fusione.

6.) Se la gravitazione viaggiasse a velocità infinita, le orbite planetarie sarebbero completamente instabili. Il fatto che i pianeti si muovano in ellissi attorno al Sun impone che se la Relatività Generale è corretta, la velocità di gravità deve essere uguale alla velocità della luce con una precisione di circa l’1%.

3:57 PM: 7.) Ci sono molte, molte più onde gravitazionali segnali rispetto a quello che LIGO ha visto finora; abbiamo rilevato solo il segnale più facile da rilevare.

8.) Ciò che rende un segnale “facile” da vedere è una combinazione della sua ampiezza, che vale a dire quanto può deformare un percorso o una distanza nello spazio, così come la sua frequenza.

9.) Perché le braccia di LIGO sono lunghe solo 4 chilometri e gli specchi riflettono luce migliaia di volte (ma non di più), ciò significa che LIGO può rilevare solo frequenze di 1 Hz o più veloci.

10.) Per segnali più lenti, abbiamo bisogno di bracci di leva più lunghi e sensibilità maggiori, e questo significherà andare nello spazio. Questo è il futuro dell’astronomia delle onde gravitazionali!

16:01: Ce l’abbiamo fatta! È ora di iniziare e presentare Janna Levin! (Pronuncia “JAN-na”, non “YON-na”, se ti stavi chiedendo.)

16:05: Ecco il grande annuncio / ripresa: la prima registrazione diretta della prima onda gravitazionale. Ci sono voluti 100 anni dopo che Einstein ha presentato per la prima volta la relatività generale e lei sta suonando una registrazione!Assicurati di andare ad ascoltare! Cosa significa “sentire” un suono nello spazio, dopotutto, e perché è un suono? Questo è lo scopo, dice, del suo discorso.

16:08: Se consideri cosa c’è là fuori nell’Universo, non avevamo modo di sapere nulla di tutto ciò al tempo di Galileo. Stavamo pensando a macchie solari, Saturno, ecc., e non eravamo completamente in grado di concepire le grandi scale cosmiche o distanze. Dimentica di “concepire altre galassie”, non avevamo concepito niente di tutto questo!

16:10: Janna sta mostrando uno dei miei video preferiti (che riconosco) dallo Sloan Digital Sky Survey! Hanno effettuato un’indagine su 400.000 delle galassie più vicine e le hanno mappate in tre dimensioni. Questo è l’aspetto del nostro universo (vicino) e, come puoi vedere, è per lo più spazio vuoto!

16:12: Lei sottolinea un punto davvero eccezionale su cui sorvola completamente: solo circa 1 stella su 1000 diventerà mai un buco nero. Ci sono oltre 400 stelle entro 30 anni luce da noi, e zero di loro sono stelle O o B e zero di loro sono diventate buchi neri. Queste stelle più blu, massicce e dalla vita più breve sono le uniche che cresceranno in buchi neri.

16:15: Quando consideri “da dove viene la teoria di Einstein”, Janna fa un grande punto: l’idea del principio di equivalenza. Se soffri di gravità, potresti considerare di sentirti “pesante” sulla sedia, per esempio. Ma questa reazione che hai è esattamente la stessa reazione che proveresti se stessi accelerando, invece di gravitare. Non è la gravità che senti, sono gli effetti della materia intorno a te!

16:17: La band OKGO ha fatto un video che volava nella cometa del vomito. Janna non può mostrare tutto, con audio, per motivi di copyright, e lo consiglia vivamente. Fortunatamente per te, grazie a internet … eccola qui! Divertiti a tuo piacimento!

16:19: C’è un’altra grande rivelazione per la gravità: il modo in cui comprendiamo come funzionano le cose deriva dal guardare come le cose cadono. La Luna sta “cadendo” intorno alla Terra; Newton se ne rese conto. Ma la Terra sta cadendo attorno al Sole; il Sole sta “cadendo” intorno alla galassia; e gli atomi “cadono” qui sulla Terra. Ma la stessa regola si applica a tutti, fintanto che “sono tutti in caduta libera. Incredibile!

4:21 PM: Ecco “una rivelazione divertente: smettila di pensare a un buco nero come materia crollata e frantumata, anche se potrebbe essere così che ha avuto origine. Invece, pensala semplicemente come una regione di spazio vuoto con forti proprietà gravitazionali. In effetti, se tutto ciò che faceste fosse assegnare “massa” a questa regione dello spazio, ciò definirebbe perfettamente un buco nero di Schwarzschild (non carico, non rotante).

4 : 23 PM: Se dovessi cadere in un buco nero della massa del Sole, avresti circa un microsecondo, dall’attraversare l’orizzonte degli eventi (secondo Janna) fino a quando non fossi schiacciato a morte alla singolarità. Questo è coerente. con quello che ho calcolato una volta, dove, per il buco nero al centro della Via Lattea, avremmo circa 10 secondi. Poiché il buco nero della Via Lattea è 4.000.000 di volte più massiccio del nostro Sole, il tipo di matematica funziona!

16:26: Come rileveresti un’onda gravitazionale? Onestamente, sarebbe come essere sulla superficie dell’oceano; avresti dovuto muoverti su e giù lungo la superficie dello spazio, e nella comunità c’era una grande discussione sul fatto che queste onde fossero reali o meno. Non è stato fino a quando Joe Weber è arrivato e ha deciso di provare a misurare queste onde gravitazionali , utilizzando un dispositivo fenomenale – una barra di alluminio – che vibrerebbe se un’onda increspata “pizzicasse” la barra molto leggermente.

Weber vide molti di questi segnali che ha identificato con le onde gravitazionali, ma questi, sfortunatamente , non sono mai stati riprodotti o verificati. Non era, nonostante tutta la sua intelligenza, uno sperimentatore molto attento.

16:29: “C’è una buona domanda di Jon Groubert su Twitter:” Ho una domanda su qualcosa che ha detto – c’è qualcosa dentro un buco nero, non è vero? Come una stella di neutroni pesante. Dovrebbe esserci una singolarità, che è o puntiforme (per una singolarità non rotante) o un anello unidimensionale (per una rotante), ma non materia tridimensionale condensata, collassata.

Perché no?

Perché per rimanere come struttura, una forza deve propagarsi ed essere trasmessa tra le particelle. Ma le particelle possono trasmettere forze solo alla velocità della luce. Ma niente, nemmeno la luce, può muoversi “verso l’esterno” verso l’uscita di un buco nero; tutto si muove verso la singolarità. E così niente può reggersi, e tutto crolla nella singolarità. Triste, ma la fisica lo rende inevitabile.

16:32: Dopo i fallimenti di Weber (e la caduta dalla fama), l’idea di LIGO è venuta da Rai Weiss negli anni ’70. Ci è voluto più di 40 anni prima che LIGO si realizzasse (e oltre 1.000 persone per realizzarlo), ma la cosa più fantastica è stata che era possibile sperimentalmente. Realizzando due bracci di leva molto lunghi, è stato possibile vedere l’effetto di un’onda gravitazionale che passa .

16:34: Questo è il mio video preferito che illustra cosa fa un’onda gravitazionale. Sposta lo spazio stesso (e tutto ciò che contiene) avanti e indietro di una piccola quantità. Se hai installato un interferometro laser (come LIGO), può rilevare queste vibrazioni. Ma se eri abbastanza vicino e le tue orecchie erano abbastanza sensibili, potresti sentire questo movimento nel tuo timpano!

4: 35 PM: Ho delle ottime cuffie, Perimeter, ma sfortunatamente non riesco a sentire i diversi segnali del modello di onde gravitazionali che Janna sta riproducendo!

16:38: È divertente pensare che questo è il vuoto più avanzato del mondo, all’interno dei rivelatori LIGO. Eppure gli uccelli, i ratti, i topi, ecc. Sono tutti lì sotto, e si fanno strada a masticare quasi nella camera a vuoto attraverso cui viaggia la luce. Ma se il vuoto fosse stato rotto (è stato costante dal 1998), l’esperimento sarebbe finito. In Louisiana, i cacciatori hanno sparato ai tunnel LIGO. È orribile quanto sia sensibile e costosa questa attrezzatura, ma tuttavia quanto fragile lo è anche tutto.

16:41: Janna sta facendo un ottimo lavoro raccontando questa storia in un modo pieno di suspense ma molto umano. Abbiamo visto solo le ultime orbite di due buchi neri orbitanti, drasticamente rallentate nel film sopra. Erano solo poche centinaia di chilometri l’una dall’altra, quelle ultime quattro orbite hanno impiegato 200 millisecondi, e questo è l’intero segnale che LIGO ha visto.

16:43: Se hai problemi ad ascoltare / sentire gli eventi nel discorso, ascolta questo video (sopra), sia con tono naturale che con tono aumentato. I buchi neri più piccoli (circa 8 e 13 masse solari) dal 26 dicembre 2015, sono entrambi più silenziosi e con un tono più alto rispetto a quelli più grandi (29 e 36 masse solari) dal 14 settembre dello stesso anno.

16:46: Solo una piccola correzione: Janna dice che questo è stato l’evento più potente mai rilevato dal Big Bang. E questo è solo tecnicamente vero, a causa dei limiti del nostro rilevamento.

Quando otteniamo una fusione di buchi neri, circa il 10% della massa del buco nero meno massiccio in una coppia di fusioni viene convertito in energia pura tramite Einstein “E = mc2. 29 masse solari sono molte, ma ci saranno buchi neri di centinaia di milioni o addirittura miliardi di masse solari che si sono fuse insieme. E ne abbiamo la prova.

16:49: Questo è OJ 287, dove un buco nero di 150 milioni di masse solari orbita intorno a ~ 18 miliardi di buco nero di massa solare. Occorrono 11 anni perché si verifichi un’orbita completa e la Relatività Generale prevede una precessione di 270 gradi per orbita qui, rispetto ai 43 secondi d’arco per secolo di Mercurio.

16:51: Janna ha fatto un lavoro incredibile finendo in tempo qui; Non ho mai visto un’ora di conversazione terminare effettivamente dopo 50 minuti a una conferenza pubblica di Perimeter. Wow!

16:52: cosa succederebbe se la Terra venisse risucchiata un buco nero? (Q & Una domanda di Max.) Sebbene Janna “stia dando un’ottima risposta,” vorrei sottolineare che, dal punto di vista delle onde gravitazionali, La Terra verrebbe fatta a pezzi, e avremmo “un segnale d’onda” macchiato “, che sarebbe un segnale statico molto più rumoroso. Una volta che la Terra fosse stata inghiottita, l’orizzonte degli eventi sarebbe cresciuto solo un po ‘, poiché tre milionesimi di massa solare in più aumentavano il raggio del buco nero di quella piccola quantità corrispondente.

16:55 : Che discorso divertente, una sessione Q & fantastica e brillante. Goditela ancora e ancora, perché il video del discorso è ora incorporato come permalink E grazie per esserti sintonizzato!