Den er lang blitt sagt at det ikke er lyd i rommet, og at det er sant til et punkt. Konvensjonell lyd krever et medium å reise gjennom, og blir til når partikler komprimerer og rarifiserer, noe som gjør noe fra et høyt «smell» for en enkelt puls til en konsistent tone for gjentagende mønstre. I rommet, hvor det er så få partikler at noen slike signaler dør bort, til og med solfakkel, supernovaer, sammensmelting av sorte hull og andre kosmiske katastrofer blir stille før de noen gang har hørt. Men det er en annen type komprimering og sjeldenhet som ikke krever noe annet enn selve rommet å reise gjennom: gravitasjonsbølger. Takket være de første positive oppdagelsesresultatene fra LIGO hører vi universet for aller første gang.

Gravitasjonsbølger var noe som måtte eksistere for at teorien om tyngdekraften skulle være konsistent, ifølge General Relativity. I motsetning til i Newton. Tyngdekraften, hvor to masser som kretser rundt hverandre, vil forbli i den konfigurasjonen for alltid, forutsa Einsteins teori at gravitasjonsbaner over lengre tid vil forfalle. For noe som jorden som kretser rundt solen, ville du aldri leve for å oppleve det : det ville ta 10 ^ 150 år før jorden spiral inn i solen. Men for mer ekstreme systemer, som to nøytronstjerner som kretser rundt hverandre, kunne vi faktisk se banene forfalle over tid. For å spare energi forutslo Einsteins gravitasjonsteori at energi måtte føres bort i form av gravitasjonsbølger.

Disse bølgene er vanvittig svake, og deres virkning på gjenstandene i romtiden er utrolig liten. Men hvis du vet hvordan du skal lytte etter dem – akkurat som komponentene i en radio vet hvordan du skal lytte etter de langfrekvente lysbølgene – kan du oppdage disse signalene og høre dem akkurat som du hører noen annen lyd. Med en amplitude og en frekvens, de er ikke forskjellige fra andre bølger. Generell relativitet gir eksplisitte spådommer for hvordan disse bølgene skal høres ut, med de største bølgenererende signalene som er de enkleste å oppdage. Den største amplituden lyder alt? Det er den inspirerende og sammensmeltende «kvitringen» av to sorte hull som spiralerer inn i hverandre.

I september 2015, bare dager etter avansert LIGO begynte å samle inn data for første gang, et stort, uvanlig signal ble oppdaget. Det overrasket alle, fordi det hadde båret så mye energi på bare et kort 200 millisekunderspreng, at det ville ha overgått alle stjernene i det observerbare universet Likevel viste det seg å være robust, og energien fra det sprengningen kom fra to sorte hull – på 36 og 29 solmasser – som smeltet sammen til en enkelt solmasse på 62. De som mangler tre solmasser? De ble omgjort til rene energi: gravitasjonsbølger som rippler gjennom rommets tekstil. Det var den første hendelsen LIGO noensinne ble oppdaget.

Nå er det over et år senere, og LIGO er for tiden på sitt andre løp. Ikke bare har andre fusjoner med sorte hull og sorte hull blitt oppdaget, men fremtiden for gravitasjonsbølge-astronomi er lys, ettersom nye detektorer vil åpne ørene våre for nye typer lyder. Rominterferometre, som LISA, vil ha lengre grunnlinjer og vil høre lyder med lavere frekvens: lyder som sammenslåing av nøytronstjerner, festende supermassive sorte hull og sammenslåinger med svært ulike masser.Pulsar timing arrays kan måle enda lavere frekvenser, som baner som det tar år å fullføre, for eksempel det supermassive svart hullparet: OJ 287. Og kombinasjoner av nye teknikker vil se etter de eldste gravitasjonsbølgene av alle, relikviebølgene spådd av kosmisk inflasjon , helt tilbake i begynnelsen av vårt univers.

Det er så mye å høre, og vi har bare begynt å lytte for første gang. Heldigvis er astrofysikeren Janna Levin – forfatter av den fantastiske boken Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – klar til å holde det offentlige foredraget ved Perimeter Institute i kveld 3. mai kl. 19.00 Eastern / 16.00 Pacific, og det vil være live-streamet her og live-blogget av meg i sanntid! Bli med oss for enda mer om dette utrolige emnet, og jeg kan ikke vente med å høre henne snakke.

Live-bloggen begynner noen minutter før 16:00 Stillehavet; bli med oss her og følg med!

15:50: Det er ti minutter til showtime, og for å feire, her er ti morsomme fakta (eller så mange vi kan komme inn) om tyngdekraft og gravitasjonsbølger.

1.) I stedet for «handling på avstand», hvor en usynlig kraft utøves mellom massene, sier generell relativitet at materie og energi vrir stoffet i romtiden, og at skjev romtid er det som manifesterer seg som gravitasjon.

2.) I stedet for å reise i uendelig hastighet, beveger gravitasjon seg bare med lysets hastighet.

3.) Dette er viktig , fordi det betyr at hvis noen endringer skjer i en massiv objekts posisjon, konfigurasjon, bevegelse, etc., de påfølgende gravitasjonsendringene forplantes bare med lysets hastighet.

3:54 PM: 4.) Dette betyr at gravitasjonsbølger for eksempel bare kan forplante seg med lysets hastighet. Når vi «oppdager» en gravitasjonsbølge, oppdager vi signalet fra da massekonfigurasjonen endret seg.

5.) Det første signalet oppdaget av LIGO skjedde i en avstand på omtrent 1,3 milliarder lysår. Universet var omtrent 10% yngre enn det er i dag da den sammenslåingen skjedde.

6.) Hvis gravitasjon beveges i uendelig hastighet, vil planetbanene være helt ustabile. Det faktum at planeter beveger seg i ellipser rundt Solen mandater at hvis generell relativitet er riktig, må tyngdekraftshastigheten være lik lysets hastighet med en nøyaktighet på omtrent 1%.

15:57: 7.) Det er mange, mange flere gravitasjonsbølger signaler enn det LIGO har sett så langt; vi har bare oppdaget det enkleste signalet som er å oppdage.

8.) Det som gjør et signal «lett» å se er en kombinasjon av amplituden, som er å si hvor mye det kan deformere en banelengde eller en avstand i rommet, så vel som frekvensen.

9.) Fordi LIGOs armer er bare 4 kilometer lange, og speilene reflekterer lys tusenvis av ganger (men ikke mer), det betyr at LIGO bare kan oppdage frekvenser på 1 Hz eller raskere.

10.) For langsommere signaler trenger vi lengre spakearmer og større følsomhet, og det vil bety å gå til verdensrommet. Det er fremtiden for gravitasjonsbølge-astronomi!

16:01: Vi klarte det! På tide å begynne og introdusere Janna Levin! (Uttal «JAN-na», ikke «YON-na», hvis du lurte på.)

16:05: Her er den store kunngjøringen / skuddet: den første direkte opptaket av den første gravitasjonsbølgen. Det tok 100 år etter at Einstein først la frem generell relativitet, og hun spilte et opptak!Sørg for at du går og hører! Hva betyr det tross alt å «høre» en lyd i rommet, og hvorfor er dette en lyd? Det er formålet, sier hun, til samtalen sin.

16:08: Hvis du tenker på hva som er der ute i universet, hadde vi ingen måte å vite noe av dette på Galileos tid. Vi tenkte på solflekker, Saturn osv., og var helt ute av stand til å tenke oss de store kosmiske skalaene eller avstandene. Glem alt om «å bli gravid av andre galakser,» vi hadde ikke tenkt på noe av dette!

16:10: Janna viser en av favorittvideoene mine (som jeg kjenner igjen) fra Sloan Digital Sky Survey! De tok en undersøkelse av 400 000 av de nærmeste galaksene og kartla dem i tre dimensjoner. Slik ser vårt (nærliggende) univers ut, og som du ser, er det egentlig stort sett tomt rom!

16:12: Hun gjør et virkelig flott poeng som hun gloser over: bare omtrent 1-i-1000 stjerner vil noensinne bli et svart hull. Det er over 400 stjerner innen 30 lysår fra oss, og null av dem er O- eller B-stjerner, og null av dem har blitt sorte hull. Disse blåeste, mest massive og kortlivede stjernene er de eneste som vil vokse til sorte hull.

16:15: Når du vurderer «hvor kom Einsteins teori fra,» gjør Janna et stort poeng: ideen om ekvivalensprinsippet. Hvis du har tyngdekraft, kan du for eksempel vurdere at du føler deg «tung» i stolen. Men denne reaksjonen du har, er nøyaktig den samme reaksjonen du ville følt hvis du akselererte, i stedet for å gravitere. Det er ikke tyngdekraften du føler, det er effekten av saken rundt deg!

16:17: Bandet OKGO gjorde en video som fløy i oppkastkometen. Janna kan ikke vise det hele, med lyd, av opphavsrettslige grunner, og anbefaler det på det sterkeste. Heldigvis for deg, takket være internett … her er det! Kos deg på fritiden!

16:19: Det er nok en enorm åpenbaring for tyngdekraften: måten vi forstår hvordan ting fungerer på, kommer fra å se hvordan ting faller. Månen «faller» rundt jorden; Newton skjønte det. Men jorden faller rundt solen; Solen «faller» rundt galaksen; og atomer «faller» her på jorden. Men den samme regelen gjelder for dem alle, så lenge de alle er i fritt fall. Fantastisk!

4:21 PM: Her er en morsom åpenbaring: slutte å tenke på et svart hull som kollapset, knust materie, selv om det kan være slik det oppsto. Tenk i stedet på det som bare et område med tomt rom med sterke gravitasjonsegenskaper. Faktisk, hvis alt du gjorde var å tildele «masse» til denne regionen av rommet, ville det perfekt definere et Schwarzschild (ikke-ladet, ikke-roterende) svart hull.

4 : 23 PM: Hvis du skulle falle ned i et svart hull i solens masse, ville du ha omtrent et mikrosekund, fra å krysse begivenhetshorisonten (ifølge Janna) til du ble knust i hjel ved singulariteten. Dette er konsistent med det jeg en gang beregnet, hvor vi for det sorte hullet i midten av Melkeveien hadde omtrent 10 sekunder. Siden Melkeveiens sorte hull er 4.000.000 ganger så massivt som solen vår, regner matte slags!

16:26: Hvordan vil du oppdage en gravitasjonsbølge? Ærlig talt, det ville være som å være på havoverflaten; du boblet opp og ned langs overflaten av rommet, og det var et stort argument i samfunnet om disse bølgene var ekte eller ikke. Det var ikke før Joe Weber kom og bestemte seg for å prøve å måle disse gravitasjonsbølgene. , ved hjelp av en fenomenal enhet – en aluminiumsstang – som ville vibrere hvis en krusende bølge «plukket» stangen veldig lett.

Weber så mange slike signaler som han identifiserte med gravitasjonsbølger, men dessverre , ble aldri gjengitt eller verifisert. Han var for all sin kløktighet ikke en veldig forsiktig eksperimentator.

16:29: Det er et godt spørsmål fra Jon Groubert på Twitter: «Jeg har et spørsmål om noe hun sa – det er noe inne i et svart hull, er det ikke? Som en tung nøytronstjerne. » Det skal være en singularitet, som enten er punktlignende (for en ikke-roterende singularitet) eller en endimensjonal ring (for en roterende), men ikke kondensert, kollapset, tredimensjonalt materiale.

Hvorfor ikke?

For for å forbli som en struktur, må en kraft forplante seg og overføres mellom partikler. Men partikler kan bare overføre krefter med lysets hastighet. Men ingenting, ikke engang lys, kan bevege seg «utover» mot utgangen av et svart hull; alt beveger seg mot singulariteten. Og slik at ingenting kan holde seg selv, og alt kollapser i singulariteten. Trist, men fysikken gjør dette uunngåelig.

16:32: Etter Webers feil (og faller fra berømmelse) kom ideen om LIGO sammen med Rai Weiss på 1970-tallet. Det tok mer enn 40 år for LIGO å bli oppfylt (og over 1000 mennesker for å få det til å skje), men det mest fantastiske var at det var eksperimentelt mulig. Ved å lage to veldig lange spakearmer, kunne du se effekten av en forbigående gravitasjonsbølge .

16:34: Dette er min favorittvideo som illustrerer hva en gravitasjonsbølge gjør. Den beveger en liten bit frem og tilbake i selve rommet (og alt i det). Hvis du har satt opp et laserinterferometer (som LIGO), kan det oppdage disse vibrasjonene. Men hvis du var nær nok og ørene dine var følsomme nok, kunne du kjenne denne bevegelsen i trommehinnen!

4: 35 PM: Jeg har noen veldig gode hodetelefoner, Perimeter, men dessverre kan jeg ikke høre de forskjellige gravitasjonsbølgemodellens signalene om at Janna spiller!

16:38: Det er morsomt å tro at dette er verdens mest avanserte vakuum, inne i LIGO-detektorene. Likevel er fugler, rotter, mus osv. Alle der under, og de tygger seg inn i nesten vakuumkammeret som lyset beveger seg gjennom. Men hvis vakuumet hadde blitt brutt (det har vært konstant siden 1998), ville eksperimentet vært over. I Louisiana skjøt jegere på LIGO-tunnelene. Det er forferdelig hvor følsomt og dyrt dette utstyret er, men likevel hvor skjørt. alt er det også.

16:41: Janna gjør en virkelig god jobb med å fortelle denne historien på en spennende, men veldig menneskelig måte. Vi så bare de siste banene til to svette hull i bane, drastisk bremset i filmen ovenfor. De hadde bare noen få hundre kilometer fra hverandre, de siste fire banene tok 200 millisekunder, og det er hele signalet som LIGO så.

16:43: Hvis du har problemer med å lytte / høre hendelsene i samtalen, hør på denne videoen (over), både i naturlig tonehøyde og økt tonehøyde. De mindre sorte hullene (omtrent 8 og 13 solmasser) fra 26. desember 2015 er både roligere og høyere enn de større (29 og 36 solmasser) fra 14. september samme år.

16:46: Bare en liten korreksjon: Janna sier at dette var den mektigste hendelsen som noensinne er oppdaget siden Big Bang. Og det er bare teknisk sant på grunn av grensene for deteksjonen vår.

Når vi får noen sorte hullfusjoner, blir om lag 10% av massen av det minst massive sorte hullet i et fusjonspar omgjort til ren energi via Einsteins E = mc2. 29 solmasser er mye, men det kommer til å være sorte hull på hundrevis av millioner eller til og med milliarder solmasser som har slått seg sammen. Og vi har bevis.

16:49: Dette er OJ 287, hvor et svart hull på 150 millioner solmasser kretser rundt ~ 18 milliarder solmasser svart hull. Det tar 11 år for en komplett bane å skje, og General Relativity spår en nedgang på 270 grader per bane her, sammenlignet med 43 buesekunder per århundre for kvikksølv.

16:51: Janna gjorde en utrolig jobb som endte i tide her; Jeg har aldri sett en times snakk faktisk slutte etter 50 minutter på en offentlig forelesning i Perimeter. Wow!

16:52: Hva ville skje hvis jorden ble sugd inn i et svart hull? (Q & Et spørsmål fra Max.) Selv om Janna gir et flott svar, vil jeg påpeke at, fra et gravitasjonsbølgesynspunkt, Jorden ville bli makulert fra hverandre, og vi ville få et «utsmurt» bølgesignal, det ville være et mye mer støyende, statisk-y signal. Når jorden ble svelget, ville begivenhetshorisonten vokse bare en liten bit, da ytterligere tre milliontedeler av en solmasse økte det sorte hullets radius med akkurat den lille, tilsvarende mengden.

16:55 PM : For en morsom samtale, en flott og sprø Q & En økt, og en flott opplevelse generelt. Kos deg med det igjen og igjen, fordi videoen av samtalen nå er innebygd som en permalink . Og takk for innstillingen!