Het is lang is gezegd dat er “geen geluid in de ruimte is, en dat is waar, tot op zekere hoogte. Conventioneel geluid vereist een medium om erdoorheen te reizen, en wordt gemaakt wanneer deeltjes comprimeren en verzwakken, wat alles maakt van een luide” knal “voor een enkele puls naar een consistente toon voor herhalende patronen. In de ruimte, waar er zo weinig deeltjes zijn dat dergelijke signalen afsterven, worden zelfs zonnevlammen, supernovae, fusies van zwarte gaten en andere kosmische rampen stil voordat ze ooit worden gehoord. Maar er is een ander type compressie-en-verdunning waarvoor niets anders nodig is dan het weefsel van de ruimte zelf om doorheen te reizen: zwaartekrachtgolven. Dankzij de eerste positieve detectieresultaten van LIGO, horen we voor het eerst het heelal.

Zwaartekrachtgolven waren iets dat volgens de algemene relativiteitstheorie moest bestaan om onze zwaartekrachtstheorie consistent te laten zijn. Anders dan in Newton ” s zwaartekracht, waarbij twee massa’s die in een baan om elkaar zouden cirkelen voor altijd in die configuratie zouden blijven, voorspelde Einsteins theorie dat zwaartekrachtbanen lang genoeg zouden vervallen. Voor zoiets als de aarde in een baan om de zon, zou je het nooit meer meemaken : het zou 10 ^ 150 jaar duren voordat de aarde spiraalsgewijs in de zon zou komen. Maar voor extremere systemen, zoals twee neutronensterren die in een baan om elkaar heen draaien, konden we de banen in de loop van de tijd zien vervallen. Om energie te besparen, voorspelde Einsteins zwaartekrachttheorie dat energie moet worden afgevoerd in de vorm van zwaartekrachtgolven.

Deze golven zijn waanzinnig zwak, en hun effecten op de objecten in de ruimtetijd zijn verbazingwekkend klein. Maar als je weet hoe je ernaar moet luisteren – net zoals de componenten van een radio weten hoe je naar die langfrequente lichtgolven moet luisteren – kun je deze signalen detecteren en horen, net zoals je elk ander geluid zou horen. Met een amplitude en een frequentie, ze verschillen niet van enige andere golf. De algemene relativiteitstheorie maakt expliciete voorspellingen voor hoe deze golven zouden moeten klinken, waarbij de grootste golfgenererende signalen het gemakkelijkst te detecteren zijn. De grootste amplitude klinkt allemaal? Het is het inspirerende en samensmeltende ‘tjilpen’ van twee zwarte gaten die in elkaar spiralen.

In september 2015, slechts enkele dagen nadat LIGO begon voor het eerst gegevens te verzamelen, er werd een groot, ongebruikelijk signaal opgemerkt. Het verraste iedereen, omdat het in slechts een korte uitbarsting van 200 milliseconden zoveel energie zou hebben vervoerd dat het alle sterren in het waarneembare heelal zou hebben overtroffen. gecombineerd. Toch bleek dat signaal robuust te zijn, en de energie van die uitbarsting kwam van twee zwarte gaten – van 36 en 29 zonsmassa’s – die samenvloeiden tot een enkele 62 zonsmassa’s. Degenen die drie zonsmassa’s missen? Ze werden omgezet in pure energie: gravitatiegolven die door het weefsel van de ruimte kabbelen. Dat was de eerste gebeurtenis die LIGO ooit heeft gedetecteerd.

Nu is het meer dan een jaar later, en LIGO is momenteel aan zijn tweede run. Niet alleen zijn er andere samensmeltingen tussen zwart gat en zwart gat gedetecteerd, maar de toekomst van gravitatiegolfastronomie ziet er rooskleurig uit, omdat nieuwe detectoren onze oren zullen openen voor nieuwe soorten geluiden. Ruimte-interferometers, zoals LISA, zullen langere basislijnen hebben en geluiden met een lagere frequentie horen: geluiden als het samensmelten van neutronensterren, het eten van superzware zwarte gaten en samensmeltingen met zeer ongelijke massa’s.Pulsar-timingarrays kunnen zelfs lagere frequenties meten, zoals banen die jaren nodig hebben om te voltooien, zoals het superzware zwarte gat-paar: OJ 287. En combinaties van nieuwe technieken zullen op zoek gaan naar de oudste zwaartekrachtgolven van allemaal, de relikwie-golven voorspeld door kosmische inflatie , helemaal terug aan het begin van ons universum.

Er is zoveel te horen, en we zijn nog maar net begonnen met luisteren voor de eerste keer. Gelukkig staat astrofysicus Janna Levin – auteur van het fantastische boek Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – klaar om vanavond, 3 mei om 19.00 uur Eastern / 16.00 uur Pacific, de openbare lezing te houden in Perimeter Institute. hier live gestreamd en in realtime door mij geblogd! Doe dan met ons mee voor nog meer over dit ongelooflijke onderwerp, en ik kan niet wachten om haar te horen praten.

Het liveblog begint een paar minuten voor 16:00 uur. Pacific; sluit je hier bij ons aan en volg mee!

15:50 uur: het is tien minuten tot showtime, en om het te vieren zijn hier tien leuke feiten (of zoveel als we kunnen instappen) over zwaartekracht en gravitatiegolven.

1.) In plaats van ‘actie op afstand’, waar een onzichtbare kracht wordt uitgeoefend tussen massa’s, zegt de algemene relativiteitstheorie dat materie en energie het weefsel van de ruimtetijd vervormen, en die kromgetrokken ruimtetijd manifesteert zich als zwaartekracht.

2.) In plaats van met oneindige snelheid te reizen, reist zwaartekracht alleen met de snelheid van het licht.

3.) Dit is belangrijk , omdat het betekent dat als er veranderingen optreden in de positie, configuratie, beweging, enz. van een massief object, de daaruit voortvloeiende veranderingen in de zwaartekracht planten zich alleen voort met de snelheid van het licht.

15:54: 4.) Dit betekent dat bijvoorbeeld zwaartekrachtgolven zich alleen kunnen voortplanten met de snelheid van het licht. Wanneer we een zwaartekrachtgolf ‘detecteren’, detecteren we het signaal van toen die massa-configuratie veranderde.

5.) Het eerste signaal dat door LIGO werd gedetecteerd, vond plaats op een afstand van ongeveer 1,3 miljard lichtjaar. Het Het universum was ongeveer 10% jonger dan het nu is toen die fusie plaatsvond.

6.) Als de zwaartekracht met oneindige snelheid zou reizen, zouden planetaire banen volkomen onstabiel zijn.Het feit dat planeten in ellipsen rond de aarde bewegen. Sun schrijft voor dat als de algemene relativiteitstheorie correct is, de zwaartekrachtsnelheid gelijk moet zijn aan de lichtsnelheid met een nauwkeurigheid van ongeveer 1%.

15:57: 7.) Er zijn veel, veel meer gravitatiegolven signalen dan wat LIGO tot nu toe heeft gezien; we “hebben alleen het gemakkelijkste signaal gedetecteerd dat er is om te detecteren.

8.) Wat een signaal” gemakkelijk “te zien maakt, is een combinatie van de amplitude, die is te zeggen hoeveel het een padlengte of een afstand in de ruimte kan vervormen, evenals de frequentie ervan.

9.) Omdat de armen van LIGO slechts 4 kilometer lang zijn en de spiegels de duizenden keren branden (maar niet meer), wat betekent dat LIGO alleen frequenties van 1 Hz of sneller kan detecteren.

10.) Voor langzamere signalen hebben we langere hefboomarmen en grotere gevoeligheden nodig, en dat betekent dat we naar de ruimte gaan. Dat is de toekomst van de astronomie van zwaartekrachtsgolven!

16:01 uur: We hebben het gehaald! Tijd om te beginnen en Janna Levin te introduceren! (Spreek “JAN-na” uit, niet “YON-na”, als vroeg je je af.)

16:05 uur: Hier is de grote aankondiging / opname: de eerste directe opname van de eerste zwaartekrachtgolf. Het duurde 100 jaar nadat Einstein voor het eerst de algemene relativiteitstheorie uitbracht, en ze speelde een opname!Zorg ervoor dat je gaat luisteren! Wat betekent het om een geluid in de ruimte te ‘horen’, en waarom is dit een geluid? Dat is het doel, zegt ze, van haar lezing.

16:08 uur: als je bedenkt wat er daarbuiten in het heelal is, konden we dit op de tijd van Galileo. We dachten aan zonnevlekken, Saturnus, enz., en waren totaal niet in staat om ons een idee te vormen van de grote kosmische schalen of afstanden. Vergeet het ‘bedenken van andere melkwegstelsels’, we hadden dit allemaal niet bedacht!

16:10 uur: Janna toont een van mijn favoriete video’s (die ik herken) uit de Sloan Digital Sky Survey! Ze namen een onderzoek van 400.000 van de dichtstbijzijnde sterrenstelsels en brachten deze in drie dimensies in kaart. Dit is hoe ons (nabije) universum eruitziet, en zoals je kunt zien, is het eigenlijk grotendeels lege ruimte!

16:12 PM: Ze maakt een heel goed punt dat ze volledig verdoezelt: slechts ongeveer 1-op-1000 sterren zullen ooit een zwart gat worden. Er zijn meer dan 400 sterren binnen een straal van 30 lichtjaar van ons, en nul daarvan zijn O- of B-sterren en nul daarvan zijn zwarte gaten geworden. Deze blauwste, meest massieve en kortstlevende sterren zijn de enige die zullen uitgroeien tot zwarte gaten.

16:15 uur: Als je bedenkt “waar komt de theorie van Einstein vandaan”, maakt Janna een goed punt: het idee van het equivalentieprincipe. Als u zwaartekracht heeft, kunt u denken dat u zich bijvoorbeeld “zwaar” voelt in uw stoel. Maar deze reactie die je hebt, is exact dezelfde reactie die je zou voelen als je zou versnellen, in plaats van aangetrokken. Het is niet de zwaartekracht die je voelt, het zijn de effecten van de materie om je heen!

16:17: De band OKGO heeft een video gemaakt die in de braakselkomeet vliegt. Janna kan om auteursrechtelijke redenen niet alles laten zien, met audio, en beveelt het ten zeerste aan. Gelukkig voor jou, dankzij internet … hier is het! Geniet op uw gemak!

16:19 uur: Er is nog een enorme openbaring voor zwaartekracht: de manier waarop we begrijpen hoe dingen werken, komt door te kijken hoe dingen vallen. De maan “valt” rond de aarde; Newton realiseerde zich dat. Maar de aarde valt rond de zon; de zon “valt” rond de melkweg; en atomen “vallen” hier op aarde. Maar dezelfde regel is van toepassing op hen allemaal, zolang ze maar allemaal in vrije val zijn. Geweldig!

4:21 PM: Hier is een leuke openbaring: denk niet langer aan een zwart gat als ingestorte, verpletterde materie, ook al is het misschien zo ontstaan. Beschouw het in plaats daarvan als een gebied met lege ruimte met sterke zwaartekrachtseigenschappen. In feite, als alles wat je deed was “massa” toewijzen aan dit gebied van de ruimte, zou dat perfect een Schwarzschild (niet-geladen, niet-roterend) zwart gat definiëren.

4 : 23 PM: Als je in een zwart gat zou vallen met de massa van de zon, ‘zou je ongeveer een microseconde hebben vanaf het passeren van de waarnemingshorizon (volgens Janna) tot je dood werd verpletterd door de singulariteit. Dit is consistent met wat ik ooit heb berekend, waar we voor het zwarte gat in het centrum van de Melkweg ongeveer 10 seconden zouden hebben. Aangezien het zwarte gat van de Melkweg 4.000.000 keer zo zwaar is als onze zon, komt de wiskunde uit!

16:26 uur: hoe zou je een zwaartekrachtgolf detecteren? Eerlijk gezegd zou het zijn alsof je aan de oppervlakte van de oceaan bent; je dobberde op en neer langs het oppervlak van de ruimte, en er was een groot argument in de gemeenschap over de vraag of deze golven echt waren of niet. Pas toen Joe Weber langs kwam en besloot om te proberen deze zwaartekrachtsgolven te meten , met behulp van een fenomenaal apparaat – een aluminium staaf – dat zou trillen als een kabbelende golf de staaf heel licht ‘plukte’.

Weber zag veel van dergelijke signalen die hij identificeerde met zwaartekrachtgolven, maar deze, helaas , werden nooit gereproduceerd of geverifieerd. Hij was, ondanks al zijn slimheid, geen erg zorgvuldige experimentator.

16:29 uur: Er is een goede vraag van Jon Groubert op Twitter: “Ik heb een vraag over iets dat ze zei – er is iets in een zwart gat, is er niet? Zoals een zware neutronenster. Er moet een singulariteit zijn, die ofwel puntachtig is (voor een niet-roterende singulariteit) of een eendimensionale ring (voor een roterende), maar geen gecondenseerde, samengevouwen, driedimensionale materie.

Waarom niet?

Omdat om als structuur te blijven, een kracht zich moet voortplanten en tussen deeltjes moet worden overgedragen. Maar deeltjes kunnen alleen krachten overbrengen met de lichtsnelheid. Maar niets, zelfs geen licht, kan “naar buiten” bewegen in de richting van de uitgang van een zwart gat; alles beweegt zich naar de singulariteit. En dus kan niets zichzelf tegenhouden, en stort alles in de singulariteit. Triest, maar de fysica maakt dit onvermijdelijk.

16:32: Na de mislukkingen van Weber (en de val van roem), kwam het idee van LIGO door Rai Weiss in de jaren zeventig. 40 jaar voordat LIGO tot bloei kwam (en meer dan 1.000 mensen om het voor elkaar te krijgen), maar het meest fantastische was dat het experimenteel mogelijk was. Door twee zeer lange hefbomen te maken, kon je het effect zien van een passerende zwaartekrachtgolf .

16:34: Dit is mijn favoriete video die illustreert wat een zwaartekrachtgolf doet. Hij beweegt de ruimte zelf (en alles erin) een klein beetje heen en weer. Als je een laserinterferometer hebt opgesteld (zoals LIGO), kan deze deze trillingen detecteren. Maar als je dichtbij genoeg was en je oren gevoelig genoeg, zou je deze beweging in je trommelvlies kunnen voelen!

4: 35 PM: Ik heb een hele goede koptelefoon, Perimeter, maar helaas kan ik de verschillende signalen van het model van de zwaartekrachtgolf die Janna afspeelt niet horen!

16:38: het is grappig te denken dat dit het meest geavanceerde vacuüm ter wereld is, in de LIGO-detectoren. Maar vogels, ratten, muizen enz. Zitten er allemaal onder, en ze kauwen zich een weg naar bijna de vacuümkamer waar het licht doorheen gaat. Maar als het vacuüm was verbroken (het is constant sinds 1998), zou het experiment voorbij zijn. In Louisiana schoten jagers op de LIGO-tunnels. Het is gruwelijk hoe gevoelig en duur deze apparatuur is, maar toch hoe kwetsbaar dat is het ook allemaal.

16:41: Janna doet geweldig werk door dit verhaal op een spannende maar zeer menselijke manier te vertellen. We zagen alleen de laatste paar banen van twee in een baan ronddraaiende zwarte gaten, drastisch vertraagd in de bovenstaande film. Ze waren slechts een paar honderd kilometer van elkaar verwijderd, die laatste vier banen duurden 200 milliseconde, en dat is het volledige signaal dat LIGO zag.

16:43: Als je hebt problemen met het luisteren / horen van de gebeurtenissen in de toespraak, luister naar deze video (hierboven), zowel in natuurlijke toonhoogte als in verhoogde toonhoogte. De kleinere zwarte gaten (ongeveer 8 en 13 zonsmassa’s) van 26 december 2015 zijn zowel stiller als hoger dan de grotere (29 en 36 zonsmassa’s) van 14 september van hetzelfde jaar.

16:46: Een kleine correctie: Janna zegt dat dit de krachtigste gebeurtenis was die ooit is waargenomen sinds de oerknal. En dat is alleen technisch waar, vanwege de limieten van onze detectie.

Wanneer we fusies van zwarte gaten krijgen, wordt ongeveer 10% van de massa van het minst massieve zwarte gat in een fusiepaar omgezet in pure energie via Einsteins E = mc2. 29 zonsmassa’s is veel, maar er zullen zwarte gaten zijn van honderden miljoenen of zelfs miljarden zonsmassa’s die samengesmolten zijn. En we hebben het bewijs.

16:49: Dit is OJ 287, waar een zwart gat van 150 miljoen zonnemassa in een baan om een ~ 18 miljard zonnemassa zwart gat. Het duurt 11 jaar voordat een volledige baan plaatsvindt, en de algemene relativiteitstheorie voorspelt hier een precessie van 270 graden per baan, vergeleken met 43 boogseconden per eeuw voor Mercurius.

16:51 uur: Janna heeft fantastisch werk geleverd door hier op tijd te eindigen; Ik heb nog nooit een lezing van een uur zien eindigen na 50 minuten tijdens een openbare lezing van Perimeter. Wow!

16:52: Wat zou er gebeuren als de aarde zou worden opgezogen een zwart gat? (Q & Een vraag van Max.) Hoewel Janna een geweldig antwoord geeft, wil ik erop wijzen dat, vanuit het oogpunt van de zwaartekrachtgolf, De aarde zou uit elkaar worden gescheurd en we ‘zouden een’ uitgesmeerd ‘golfsignaal krijgen, dat zou een veel luidruchtiger, statisch signaal zijn. Zodra de aarde was opgeslokt, zou de waarnemingshorizon slechts een klein beetje groeien, aangezien een extra drie miljoenste van een zonnemassa de straal van het zwarte gat met precies dat kleine, overeenkomstige bedrag vergrootte.

16:55 : Wat een leuke lezing, een geweldige en pittige Q & Een sessie en een geweldige ervaring in het algemeen. Geniet er keer op keer van, want de video van de lezing is nu ingesloten als een permalink . En bedankt voor het afstemmen!