To jest długie powiedziano, że w kosmosie nie ma żadnego dźwięku, i to jest prawda, do pewnego stopnia. Konwencjonalny dźwięk wymaga medium do przejścia i jest tworzony, gdy cząstki kompresują się i rozrzedzają, tworząc wszystko, od głośnego „huku” do pojedynczy impuls na jednolity ton dla powtarzających się wzorów. W kosmosie, gdzie jest tak mało cząstek, że wszelkie takie sygnały zanikają, nawet rozbłyski słoneczne, supernowe, łączenie się czarnych dziur i inne kosmiczne katastrofy cichną, zanim zostaną kiedykolwiek usłyszane. Ale jest inny rodzaj kompresji i rozrzedzania, który nie wymaga niczego innego niż sama struktura przestrzeni do przejścia: fale grawitacyjne. Dzięki pierwszym pozytywnym wynikom wykrywania z LIGO „po raz pierwszy słyszymy Wszechświat.

Fale grawitacyjne były czymś, co musiało istnieć, aby nasza teoria grawitacji była spójna, zgodnie z ogólną teorią względności. W przeciwieństwie do Newtona ” grawitacji, gdzie dowolne dwie masy krążące wokół siebie pozostałyby w tej konfiguracji na zawsze, teoria Einsteina przewidywała, że przez wystarczająco długi czas orbity grawitacyjne ulegną rozpadowi. W przypadku czegoś takiego jak Ziemia krążąca wokół Słońca, nigdy nie dożyłbyś, aby tego doświadczyć : przejście Ziemi do Słońca zajęłoby 10 ^ 150 lat. Ale w przypadku bardziej ekstremalnych układów, takich jak dwie gwiazdy neutronowe krążące wokół siebie, mogliśmy faktycznie zobaczyć, jak orbity zanikają w czasie. Aby oszczędzać energię, teoria grawitacji Einsteina przewiduje, że energia musi być odprowadzana w postaci fal grawitacyjnych.

Fale te są szalenie słabe, a ich wpływ na obiekty w czasoprzestrzeni jest zdumiewająco mały. Ale jeśli wiesz, jak ich słuchać – tak jak komponenty radia wiedzą, jak nasłuchiwać fal świetlnych o dużej częstotliwości – możesz wykryć te sygnały i usłyszeć je tak, jak każdy inny dźwięk. Z amplitudą a częstotliwość, nie różnią się one od innych fal. Ogólna teoria względności wyraźnie przewiduje, jak te fale powinny brzmieć, przy czym największe sygnały generujące fale są najłatwiejsze do wykrycia. Wszystkie dźwięki o największej amplitudzie? To inspirujące i łączące się „ćwierkanie” dwóch czarnych dziur, które po spirali jedna w drugą.

We wrześniu 2015 roku, zaledwie kilka dni po zaawansowanym LIGO zaczął zbierać dane po raz pierwszy, zauważono duży, nietypowy sygnał. Zaskoczyło to wszystkich, ponieważ w krótkim, 200-milisekundowym rozbłysku byłoby tak dużo energii, że przyćmiłby wszystkie gwiazdy obserwowalnego Wszechświata Jednak ten sygnał okazał się mocny, a energia z tego wybuchu pochodziła z dwóch czarnych dziur – o masach 36 i 29 mas Słońca – łączących się w jedną masę 62 mas Słońca. Te, którym brakuje trzech mas Słońca? Zostały przekształcone w czyste energia: fale grawitacyjne falujące w przestrzeni. To było pierwsze zdarzenie, jakie LIGO wykrył.

Teraz minął ponad rok, a LIGO jest obecnie w trakcie drugiego uruchomienia. Nie tylko wykryto inne połączenia czarnej dziury i czarnej dziury, ale przyszłość astronomii fal grawitacyjnych jest jasna, ponieważ nowe detektory otworzą nasze uszy na nowe rodzaje dźwięków. Kosmiczne interferometry, takie jak LISA, będą miały dłuższe linie bazowe i będą słyszeć dźwięki o niższej częstotliwości: dźwięki, takie jak łączenie się gwiazd neutronowych, ucztowanie supermasywnych czarnych dziur oraz połączenia o bardzo nierównych masach.Pulsarowe tablice czasowe mogą mierzyć nawet niższe częstotliwości, takie jak orbity, których ukończenie trwa latami, takie jak para supermasywnych czarnych dziur: OJ 287. A kombinacje nowych technik będą szukać najstarszych fal grawitacyjnych ze wszystkich, fal reliktowych przewidywanych przez kosmiczną inflację , aż do początku naszego Wszechświata.

Jest tak wiele do usłyszenia, a my dopiero zaczęliśmy słuchać po raz pierwszy. Na szczęście astrofizyk Janna Levin – autorka fantastycznej książki Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – ma zamiar wygłosić publiczny wykład w Perimeter Institute dziś wieczorem, 3 maja o 19:00 Eastern / 16 PM Pacific, i będzie transmitowane na żywo tutaj i blogowane przeze mnie na żywo w czasie rzeczywistym! Dołącz do nas, aby uzyskać jeszcze więcej informacji na ten niesamowity temat i nie mogę się doczekać, aż usłyszę jej przemówienie.

Blog na żywo rozpocznie się kilka minut przed 16:00 Pacific; dołącz do nas tutaj i podążaj za nami!

15:50: Zostało dziesięć minut do pokazu, a żeby to uczcić, oto dziesięć zabawnych faktów (lub tyle, ile możemy dostać się) o grawitacji i falach grawitacyjnych.

1.) Zamiast „działania na odległość”, gdzie niewidzialna siła jest wywierana między masami, ogólna teoria względności mówi, że materia i energia wypaczają strukturę czasoprzestrzeni, i ta wypaczona czasoprzestrzeń jest tym, co objawia się jako grawitacja.

2.) Zamiast podróżować z nieskończoną prędkością, grawitacja porusza się tylko z prędkością światła.

3.) To jest ważne ponieważ oznacza to, że jeśli wystąpią jakiekolwiek zmiany w położeniu, konfiguracji, ruchu itp. masywnego obiektu, wynikające z tego zmiany grawitacyjne propagują się tylko z prędkością światła.

15:54: 4.) Oznacza to, że na przykład fale grawitacyjne mogą się rozchodzić tylko z prędkością światła. Kiedy „wykrywamy” falę grawitacyjną, „ponownie wykrywamy sygnał, kiedy ta konfiguracja masy uległa zmianie.

5.) Pierwszy sygnał wykryty przez LIGO pojawił się w odległości około 1,3 miliarda lat świetlnych. Wszechświat był około 10% młodszy niż jest dzisiaj, kiedy nastąpiło połączenie.

6.) Gdyby grawitacja poruszała się z nieskończoną prędkością, orbity planet byłyby całkowicie niestabilne. Fakt, że planety poruszają się po elipsach wokół Słońce nakazuje, aby jeśli ogólna teoria względności była poprawna, prędkość grawitacji musi równać się prędkości światła z dokładnością do około 1%.

15:57: 7.) Jest dużo, dużo więcej fal grawitacyjnych sygnały niż te, które LIGO widziało do tej pory; wykryliśmy tylko najłatwiejszy do wykrycia sygnał.

8.) To, co sprawia, że sygnał jest „łatwy” do zobaczenia, to kombinacja jego amplitudy, to powiedzieć, jak bardzo może zdeformować długość ścieżki lub odległość w przestrzeni, a także jej częstotliwość.

9.) Ponieważ ramiona LIGO mają tylko 4 kilometry długości, a lustra odbijają świeci tysiące razy (ale nie więcej), co oznacza, że LIGO może wykrywać tylko częstotliwości 1 Hz lub szybsze.

10.) W przypadku wolniejszych sygnałów potrzebujemy dłuższych ramion dźwigni i większej czułości, a to będzie oznaczać podróż w kosmos. Oto przyszłość astronomii fal grawitacyjnych!

16:01: Udało się! Czas zacząć i przedstawić Janna Levin! (Wymów „JAN-na”, a nie „YON-na”, jeśli zastanawiałeś się.)

16:05: Oto wielkie ogłoszenie / ujęcie: pierwsze bezpośrednie nagranie pierwszej fali grawitacyjnej. Minęło 100 lat po tym, jak Einstein po raz pierwszy przedstawił ogólną teorię względności, a ona gra nagranie!Upewnij się, że idziesz i słuchasz! W końcu co to znaczy „usłyszeć” dźwięk w przestrzeni i dlaczego jest to dźwięk? Taki jest cel jej wystąpienia.

16:08: Jeśli weźmiesz pod uwagę to, co dzieje się we Wszechświecie, nie mogliśmy się o tym dowiedzieć na Czas Galileusza. Myśleliśmy o plamach słonecznych, Saturnie itp. i zupełnie nie byliśmy w stanie wyobrazić sobie wielkich kosmicznych skal lub odległości. Zapomnij o „wyobrażaniu sobie innych galaktyk”, nie wyobrażaliśmy sobie niczego takiego!

16:10: Janna pokazuje jeden z moich ulubionych filmów (który znam) z ankiety Sloan Digital Sky Survey! Zrobili przegląd 400 000 najbliższych galaktyk i zmapowali je w trzech wymiarach. Tak wygląda nasz (pobliski) Wszechświat i jak widać, jest to w rzeczywistości głównie pusta przestrzeń!

16:12: Mówi naprawdę świetną uwagę, którą całkowicie przemilcza: tylko około 1 na 1000 gwiazd stanie się czarną dziurą. W promieniu 30 lat świetlnych od nas jest ponad 400 gwiazd, a żadna z nich nie jest gwiazdą typu O lub B, a żadna z nich nie stała się czarnymi dziurami. Te najbardziej niebieskie, najbardziej masywne i najkrócej żyjące gwiazdy są jedynymi, które wyrosną na czarne dziury.

16:15: Kiedy zastanawiasz się, „skąd wzięła się teoria Einsteina”, Janna zwraca uwagę na wielką kwestię: ideę zasady równoważności. Jeśli masz grawitację, możesz na przykład pomyśleć, że czujesz się „ciężki” na swoim krześle. Ale ta reakcja, którą masz, jest dokładnie tą samą reakcją, jaką odczuwałbyś, gdybyś przyspieszał, a nie grawitacji. To nie grawitacja, którą czujesz, to skutki materii wokół ciebie!

16:17: Zespół OKGO nagrał wideo lecące w zwymiotowanej komecie. Janna nie może pokazać całości, z dźwiękiem, ze względu na prawa autorskie i gorąco to poleca. Na szczęście dzięki internetowi … oto jest! Ciesz się wolnym czasem!

16:19: Jest jeszcze jedno wielkie objawienie dotyczące grawitacji: sposób, w jaki rozumiemy, jak działa, wynika z obserwowania, jak rzeczy spadają. Księżyc „opada” wokół Ziemi; Newton zdał sobie z tego sprawę. Ale Ziemia opada wokół Słońca; Słońce „opada” wokół galaktyki; a atomy „opadają” na Ziemi. Ale ta sama zasada dotyczy ich wszystkich, o ile wszystkie spadają swobodnie. Niesamowite!

4:21 PM: Oto zabawne objawienie: przestań myśleć o czarnej dziurze jako o zapadniętej, zmiażdżonej materii, nawet jeśli to może być jej początek. Zamiast tego pomyśl o tym jak o regionie pustej przestrzeni o silnych właściwościach grawitacyjnych. W rzeczywistości, jeśli wszystko, co zrobiłbyś, to przypisanie „masy” do tego obszaru przestrzeni, to idealnie zdefiniowałoby to czarną dziurę Schwarzschilda (nienaładowaną, nieobrotową).

4 : 23 PM: Gdybyś wpadł do czarnej dziury o masie Słońca, miałbyś około mikrosekundy, od przekroczenia horyzontu zdarzeń (według Janny) aż do śmierci z powodu osobliwości. To jest spójne z tego, co kiedyś obliczyłem, gdzie dla czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej mielibyśmy około 10 sekund. Ponieważ czarna dziura Drogi Mlecznej jest 4 000 000 razy masywniejsza od Słońca, matematyka działa!

16:26: Jak można wykryć falę grawitacyjną? Szczerze mówiąc, byłoby to jak przebywanie na powierzchni oceanu; podskakiwałbyś w górę iw dół po powierzchni kosmosu, a społeczność spierała się, czy te fale są prawdziwe, czy nie. Dopiero gdy pojawił się Joe Weber i postanowił spróbować zmierzyć te fale grawitacyjne , używając fenomenalnego urządzenia – aluminiowego pręta – które wibrowałoby, gdyby fala falująca „szarpnęła” pręt bardzo nieznacznie.

Weber widział wiele takich sygnałów, które identyfikował z falami grawitacyjnymi, ale te niestety , nigdy nie były reprodukowane ani weryfikowane. Mimo całej swojej sprytu był niezbyt uważnym eksperymentatorem.

16:29: „Jest dobre pytanie od Jona Grouberta na Twitterze:„ Mam pytanie dotyczące czegoś, co powiedziała – jest coś wewnątrz czarnej dziury, prawda? Jak ciężka gwiazda neutronowa. Powinna istnieć osobliwość, która jest albo punktowa (w przypadku osobliwości nieobrotowej), albo jednowymiarowa (w przypadku osobliwości obrotowej), ale nie jest to skondensowana, zapadnięta, trójwymiarowa materia.

Dlaczego nie?

Ponieważ aby pozostać strukturą, siła musi się rozchodzić i przenosić między cząstkami. Ale cząstki mogą przenosić siły tylko z prędkością światła. Ale nic, nawet światło, nie może przesunąć się „na zewnątrz” w kierunku wyjścia z czarnej dziury; wszystko zmierza w kierunku osobliwości. Tak więc nic nie może się utrzymać i wszystko zapada się w osobliwość. Smutne, ale fizyka sprawia, że jest to nieuniknione.

16:32: Po niepowodzeniach Webera (i upadku ze sławy), pomysł LIGO pojawił się w latach 70. Rai Weiss. 40 lat, aby LIGO doszło do skutku (i ponad 1000 osób, aby to się stało), ale najbardziej fantastyczną rzeczą było to, że było to eksperymentalnie możliwe. Wykonując dwa bardzo długie ramiona dźwigni, można było zobaczyć efekt przechodzącej fali grawitacyjnej .

16:34: To jest mój ulubiony film ilustrujący, co robi fala grawitacyjna. Porusza samą przestrzeń (i wszystko w niej) o niewielką wartość. Jeśli masz skonfigurowany interferometr laserowy (taki jak LIGO), może on wykryć te wibracje. Ale jeśli byłeś wystarczająco blisko, a twoje uszy były wystarczająco wrażliwe, możesz poczuć ten ruch w bębenku!

4: 35 PM: Mam naprawdę dobre słuchawki Perimeter, ale niestety nie słyszę sygnałów różnych modeli fal grawitacyjnych, które gra Janna!

16:38: To zabawne pomyśleć, że jest to najbardziej zaawansowana próżnia na świecie wewnątrz detektorów LIGO. Jednak ptaki, szczury, myszy itp. Są tam pod ziemią i wgryzają się w prawie komorę próżniową, przez którą przechodzi światło. Ale gdyby próżnia została zerwana (jest stała od 1998 roku), eksperyment by się skończył. W Luizjanie myśliwi strzelali do tuneli LIGO. To przerażające, jak wrażliwy i drogi jest ten sprzęt, ale jak delikatny wszystko też jest.

16:41: Janna wykonuje naprawdę świetną robotę, opowiadając tę historię w trzymający w napięciu, ale bardzo ludzki sposób. Widzieliśmy tylko ostatnie kilka orbit dwóch orbitujących czarnych dziur, drastycznie spowolnionych w powyższym filmie. Byli od siebie tylko kilkaset kilometrów, te ostatnie cztery orbity zajęły 200 milisekund i to jest cały sygnał, który zobaczyło LIGO.

16:43: Jeśli masz problemy ze słuchaniem / słyszeniem wydarzeń w przemówieniu, posłuchaj tego wideo (powyżej), zarówno w tonacji naturalnej, jak i podwyższonej. Mniejsze czarne dziury (około 8 i 13 mas Słońca) z 26 grudnia 2015 r. Są zarówno cichsze, jak i większe niż większe (29 i 36 mas Słońca) od 14 września tego samego roku.

16:46: Tylko mała korekta: Janna mówi, że to było najpotężniejsze zdarzenie, jakie kiedykolwiek wykryto od czasu Wielkiego Wybuchu. I to tylko technicznie prawda, ze względu na ograniczenia naszej wykrywalności.

Kiedy otrzymujemy jakiekolwiek łączenie się czarnych dziur, około 10% masy najmniej masywnej czarnej dziury w parze łączącej się zamienia się na czysta energia przez Einsteina E = mc2. 29 mas Słońca to dużo, ale pojawią się czarne dziury o masach setek milionów, a nawet miliardów mas Słońca, które się połączyły. I mamy dowód.

16:49: To jest OJ 287, gdzie czarna dziura o masie 150 milionów Słońca krąży wokół ~ 18 miliardów mas Słońca. Pełna orbita trwa 11 lat, a Ogólna Teoria Względności przewiduje tutaj precesję 270 stopni na orbitę, w porównaniu z 43 sekundami łukowymi na sto lat w przypadku Merkurego.

16:51: Janna wykonała niesamowitą robotę kończąc tutaj na czas; Nigdy nie widziałem, żeby godzinna rozmowa kończyła się po 50 minutach na publicznym wykładzie Perimeter. Wow!

16:52: Co by się stało, gdyby Ziemia została wciągnięta czarną dziurę? (Q & Pytanie od Maxa). Chociaż Janna daje świetną odpowiedź, chciałbym zwrócić uwagę, że z punktu widzenia fal grawitacyjnych Ziemia byłaby rozdarta na strzępy i otrzymalibyśmy sygnał fali „rozmazanej”, który byłby znacznie głośniejszy, statyczny sygnał y. Gdy Ziemia zostanie połknięta, horyzont zdarzeń wzrośnie tylko odrobinę, ponieważ dodatkowe trzy milionowe części masy Słońca zwiększyły promień czarnej dziury tylko o tę niewielką, odpowiednią wartość.

16:55 : Cóż za zabawna rozmowa, świetny i zgryźliwy Q & Sesja i ogólnie świetne wrażenia. Ciesz się nim wielokrotnie, ponieważ wideo z przemówienia jest teraz osadzone jako permalink . Dziękuję za uwagę!