É longo foi dito que não há som no espaço, e isso é verdade, até certo ponto. O som convencional requer um meio para viajar e é criado quando as partículas se comprimem e rarificam, fazendo qualquer coisa desde um “estrondo” alto para um único pulso em um tom consistente para padrões repetidos. No espaço, onde há tão poucas partículas que quaisquer desses sinais morrem, até mesmo erupções solares, supernovas, fusões de buracos negros e outras catástrofes cósmicas silenciam antes de serem ouvidos. Mas há outro tipo de compressão e rarefação que não requer nada além da própria estrutura do espaço para viajar: ondas gravitacionais. Graças aos primeiros resultados de detecção positivos do LIGO, estamos ouvindo o Universo pela primeira vez.

As ondas gravitacionais eram algo que precisava existir para que nossa teoria da gravidade fosse consistente, de acordo com a Relatividade Geral. Ao contrário de Newton ” s gravidade, onde quaisquer duas massas orbitando uma a outra permaneceriam nessa configuração para sempre, a teoria de Einstein previa que por muito tempo, as órbitas gravitacionais decairiam. Para algo como a Terra orbitando o Sol, você nunca viveria para experimentá-lo : levaria 10 ^ 150 anos para a Terra espiralar em direção ao sol. Mas para sistemas mais extremos, como duas estrelas de nêutrons orbitando uma a outra, poderíamos realmente ver as órbitas decaindo com o tempo. Para conservar energia, a teoria da gravidade de Einstein previu que a energia deve ser transportada na forma de ondas gravitacionais.

Essas ondas são irritantemente fracas e seus efeitos sobre os objetos no espaço-tempo são estupendamente minúsculos. Mas se você sabe como ouvi-los – assim como os componentes de um rádio sabem ouvir aquelas ondas de luz de longa freqüência – você pode detectar esses sinais e ouvi-los como faria com qualquer outro som. Com uma amplitude e uma frequência, eles não são diferentes de qualquer outra onda. A Relatividade Geral faz previsões explícitas de como essas ondas deveriam soar, com os maiores sinais geradores de ondas sendo os mais fáceis de detectar. A maior amplitude soa tudo? É o “chilrear” inspirador e de fusão de dois buracos negros que se espiralam um no outro.

Em setembro de 2015, poucos dias depois de avançado O LIGO começou a coletar dados pela primeira vez, um grande e incomum sinal foi detectado. Ele surpreendeu a todos, porque teria carregado tanta energia em apenas uma explosão curta de 200 milissegundos, que teria ofuscado todas as estrelas no Universo observável combinados. No entanto, esse sinal acabou por ser robusto, e a energia dessa explosão veio de dois buracos negros – de 36 e 29 massas solares – fundindo-se em um único de 62 massas solares. Aqueles que faltam três massas solares? Eles foram convertidos em puros energia: ondas gravitacionais ondulando através do tecido do espaço. Esse foi o primeiro evento que o LIGO detectou.

Agora, mais de um ano depois, o LIGO está atualmente em sua segunda execução. Não apenas outras fusões buraco negro-buraco negro foram detectadas, mas o futuro da astronomia das ondas gravitacionais é brilhante, à medida que novos detectores abrirão nossos ouvidos para novos tipos de sons. Os interferômetros espaciais, como o LISA, terão linhas de base mais longas e ouvirão sons de baixa frequência: sons como fusões de estrelas de nêutrons, buracos negros supermassivos festivos e fusões com massas altamente desiguais.Matrizes de tempo de pulsar podem medir frequências ainda mais baixas, como órbitas que levam anos para se completar, como o par de buracos negros supermassivos: OJ 287. E combinações de novas técnicas procurarão as ondas gravitacionais mais antigas de todas, as ondas relíquia previstas pela inflação cósmica , desde o início do nosso Universo.

Há tanto para ouvir e nós apenas começamos a ouvir pela primeira vez. Felizmente, a astrofísica Janna Levin – autora do livro fantástico Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – está pronta para dar uma palestra pública no Perimeter Institute hoje à noite, 3 de maio, às 19h00 / 16h00 do Pacífico, e será transmitido ao vivo aqui e blogado por mim em tempo real! Junte-se a nós para saber ainda mais sobre este tópico incrível, e mal posso esperar para ouvi-la falar.

O blog ao vivo começará alguns minutos antes das 16h Pacífico; junte-se a nós aqui e acompanhe!

15:50: Faltam dez minutos para a hora do show e, para comemorar, aqui estão dez curiosidades (ou tantos quanto pudermos entrar) sobre a gravidade e as ondas gravitacionais.

1.) Em vez de “ação à distância”, onde uma força invisível é exercida entre as massas, a relatividade geral diz que a matéria e a energia distorcem a estrutura do espaço-tempo, e esse espaço-tempo distorcido é o que se manifesta como gravitação.

2.) Em vez de viajar em velocidade infinita, a gravitação só viaja na velocidade da luz.

3.) Isso é importante , porque significa que se ocorrer alguma alteração na posição, configuração, movimento, etc. de um objeto massivo, as mudanças gravitacionais resultantes somente se propagam na velocidade da luz.

15h54: 4.) Isso significa que as ondas gravitacionais, por exemplo, só podem se propagar na velocidade da luz. Quando “detectamos” uma onda gravitacional, estamos detectando o sinal de quando essa configuração de massa mudou.

5.) O primeiro sinal detectado pelo LIGO ocorreu a uma distância de aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz. O Universo era cerca de 10% mais jovem do que é hoje quando essa fusão ocorreu.

6.) Se a gravitação viajasse a uma velocidade infinita, as órbitas planetárias seriam completamente instáveis. O fato de os planetas se moverem em elipses ao redor do O Sol ordena que se a Relatividade Geral estiver correta, a velocidade da gravidade deve ser igual à velocidade da luz com uma precisão de cerca de 1%.

15:57: 7.) Existem muitas, muitas mais ondas gravitacionais sinais do que o que o LIGO viu até agora; detectamos apenas o sinal mais fácil que existe para detectar.

8.) O que torna um sinal “fácil” de ver é uma combinação de sua amplitude, que quer dizer, o quanto pode deformar um comprimento de caminho, ou uma distância no espaço, bem como sua frequência.

9.) Porque os braços do LIGO têm apenas 4 quilômetros de comprimento e os espelhos refletem o acender milhares de vezes (mas não mais), o que significa que o LIGO só pode detectar frequências de 1 Hz ou mais rápidas.

10.) Para sinais mais lentos, precisamos de braços de alavanca mais longos e maiores sensibilidades, e isso significa ir para o espaço. Esse é o futuro da astronomia de ondas gravitacionais!

16:01: Conseguimos! É hora de começar e apresentar Janna Levin! (Pronuncie “JAN-na”, não “YON-na”, se você estava se perguntando.)

16h05: Aqui está o grande anúncio / tiro: a primeira gravação direta da primeira onda gravitacional. Demorou 100 anos depois que Einstein apresentou a relatividade geral pela primeira vez, e ela está tocando uma gravação!Certifique-se de ir e ouvir! O que significa “ouvir” um som no espaço, afinal, e por que isso é um som? Esse é o propósito, diz ela, de sua palestra.

16h08: Se você considerar o que está lá fora no Universo, não tínhamos como saber nada disso no época de Galileu. Estávamos pensando em manchas solares, Saturno, etc., e éramos completamente incapazes de conceber as grandes escalas ou distâncias cósmicas. Esqueça “conceber outras galáxias”, não tínhamos concebido nada disso!

4:10 PM: Janna está exibindo um dos meus vídeos favoritos (que eu reconheço) do Sloan Digital Sky Survey! Eles fizeram um levantamento de 400.000 das galáxias mais próximas e as mapearam em três dimensões. É assim que se parece o nosso Universo (próximo) e, como você pode ver, ele realmente é basicamente um espaço vazio!

4:12 PM: Ela faz uma observação muito boa que ela ignora totalmente: apenas cerca de 1 em 1000 estrelas se tornará um buraco negro. Existem mais de 400 estrelas a 30 anos-luz de nós, e nenhuma delas são estrelas O ou B e nenhuma delas se tornou um buraco negro. Essas estrelas mais azuis, massivas e de vida curta são as únicas que se transformarão em buracos negros.

4:15 PM: Quando você considera “de onde veio a teoria de Einstein”, Janna mostra um grande argumento: a ideia do princípio de equivalência. Se você tem gravidade, pode considerar que se sente “pesado” na cadeira, por exemplo. Mas essa reação que você tem é exatamente a mesma que você sentiria se estivesse acelerando, em vez de gravitando. Não é a gravidade que você sente, são os efeitos da matéria ao seu redor!

4:17 PM: A banda OKGO fez um vídeo voando no cometa do vômito. Janna não pode mostrar a coisa toda, com áudio, por razões de direitos autorais, e recomenda enfaticamente. Para sua sorte, graças à internet … aqui está! Aproveite o seu lazer!

4:19 PM: Há outra grande revelação para a gravidade: a maneira como entendemos como as coisas funcionam vem de observar como as coisas caem. A Lua está “caindo” em torno da Terra; Newton percebeu isso. Mas a Terra está girando em torno do Sol; o Sol está “caindo” ao redor da galáxia; e os átomos “caem” aqui na Terra. Mas a mesma regra se aplica a todos eles, desde que estejam todos em queda livre. Incrível!

4:21 PM: Aqui está uma revelação divertida: pare de pensar em um buraco negro como um colapso, matéria esmagada, mesmo que seja assim que ele se originou. Em vez disso, pense nisso simplesmente como uma região de espaço vazio com fortes propriedades gravitacionais. Na verdade, se tudo o que você fez foi atribuir “massa” a esta região do espaço, isso definiria perfeitamente um buraco negro de Schwarzschild (não carregado, não rotativo).

4 : 23 PM: Se você caísse em um buraco negro com a massa do Sol, você teria cerca de um microssegundo, de cruzar o horizonte de eventos (de acordo com Janna) até morrer esmagado na singularidade. Isso é consistente com o que eu calculei uma vez, onde, para o buraco negro no centro da Via Láctea, teríamos cerca de 10 segundos. Como o buraco negro da Via Láctea é 4.000.000 vezes mais massivo que o nosso Sol, a matemática meio que funciona!

16:26: Como você detectaria uma onda gravitacional? Honestamente, seria como estar na superfície do oceano; você subia e descia ao longo da superfície do espaço, e havia uma grande discussão na comunidade sobre se essas ondas eram reais ou não. Não foi até que Joe Weber apareceu e decidiu tentar medir essas ondas gravitacionais , usando um dispositivo fenomenal – uma barra de alumínio – que vibraria se uma onda ondulante “arrancasse” a barra muito ligeiramente.

Weber viu muitos desses sinais que identificou com ondas gravitacionais, mas estes, infelizmente , nunca foram reproduzidos ou verificados. Apesar de toda a sua inteligência, ele não era um experimentador muito cuidadoso.

4:29 PM: Há uma boa pergunta de Jon Groubert no Twitter: “Tenho uma pergunta sobre algo que ela disse – há algo dentro de um buraco negro, não é? Como uma estrela de nêutrons pesada. ” Deve haver uma singularidade, que pode ser semelhante a um ponto (para uma singularidade não rotativa) ou um anel unidimensional (para uma rotativa), mas não condensada, colapsada, matéria tridimensional.

Por que não?

Porque para permanecer como uma estrutura, uma força precisa se propagar e ser transmitida entre as partículas. Mas as partículas só podem transmitir forças na velocidade da luz. Mas nada, nem mesmo a luz, pode se mover “para fora” em direção à saída de um buraco negro; tudo se move em direção à singularidade. E assim nada pode se sustentar e tudo desmorona na singularidade. Triste, mas a física torna isso inevitável.

4:32 PM: Depois do fracasso de Weber (e da queda da fama), a ideia do LIGO surgiu por Rai Weiss nos anos 1970. Demorou mais do que 40 anos para o LIGO se concretizar (e mais de 1.000 pessoas para fazê-lo acontecer), mas o mais fantástico é que isso era experimentalmente possível. Ao fazer dois braços de alavanca muito longos, era possível ver o efeito de uma onda gravitacional passando .

4:34 PM: Este é meu vídeo favorito que ilustra o que uma onda gravitacional faz. Ela move o próprio espaço (e tudo nele) para frente e para trás por uma pequena quantidade. Se você tiver um interferômetro a laser configurado (como o LIGO), ele pode detectar essas vibrações. Mas se você estivesse perto o suficiente e seus ouvidos fossem sensíveis o suficiente, você poderia sentir esse movimento no seu tímpano!

4: 35 PM: Eu tenho uns fones de ouvido realmente bons, Perimeter, mas infelizmente não consigo ouvir os diferentes sinais dos modelos de ondas gravitacionais que Janna está tocando!

4:38 PM: É engraçado pensar que este é o vácuo mais avançado do mundo, dentro dos detectores LIGO. Ainda assim, pássaros, ratos, camundongos, etc., estão todos lá embaixo e mastigam seu caminho quase até a câmara de vácuo por onde a luz viaja. Mas se o vácuo tivesse sido quebrado (é constante desde 1998), o experimento teria terminado. Na Louisiana, os caçadores atiraram nos túneis do LIGO. É horrível o quão sensível e caro este equipamento é, mas ainda assim quão frágil tudo é, também.

4:41 PM: Janna está fazendo um ótimo trabalho contando essa história de uma forma cheia de suspense, mas muito humana. Vimos apenas as poucas órbitas finais de dois buracos negros em órbita, drasticamente reduzidas no filme acima. Eles estavam separados por apenas algumas centenas de quilômetros, as quatro órbitas finais levaram 200 milissegundos, e esse é todo o sinal que LIGO viu.

4:43 PM: Se você está tendo problemas para ouvir / ouvir os eventos na palestra, ouça este vídeo (acima), tanto no tom natural quanto no tom aumentado. Os buracos negros menores (cerca de 8 e 13 massas solares) de 26 de dezembro de 2015, são mais silenciosos e agudos do que os maiores (29 e 36 massas solares) de 14 de setembro do mesmo ano.

4:46 PM: Apenas uma pequena correção: Janna diz que este foi o evento mais poderoso já detectado desde o Big Bang. E isso é apenas tecnicamente verdade, por causa dos limites de nossa detecção.

Quando temos qualquer fusão de buraco negro, aproximadamente 10% da massa do buraco negro menos massivo em um par de fusão é convertida em energia pura via Einstein “s E = mc2. 29 massas solares é muito, mas haverá buracos negros de centenas de milhões ou mesmo bilhões de massas solares que se fundiram. E nós temos provas.

4:49 PM: Este é o OJ 287, onde um buraco negro de massa solar de 150 milhões orbita cerca de 18 bilhões de buracos negros de massa solar. Demora 11 anos para uma órbita completa ocorrer, e a Relatividade Geral prevê uma precessão de 270 graus por órbita aqui, em comparação com 43 segundos de arco por século para Mercúrio.

4:51 PM: Janna fez um trabalho incrível terminando na hora aqui; Eu nunca vi uma hora de conversa realmente terminar depois de 50 minutos em uma palestra pública de perímetro. Uau!

4:52 PM: O que aconteceria se a Terra fosse sugada para dentro um buraco negro? (Q & Uma pergunta de Max.) Embora Janna esteja dando uma ótima resposta, gostaria de salientar que, do ponto de vista das ondas gravitacionais, A Terra seria fragmentada e obteríamos um sinal de onda “borrado”, que seria um sinal muito mais ruidoso e estático. Uma vez que a Terra fosse engolida, o horizonte de eventos cresceria apenas um pouquinho, à medida que três milionésimos extras de massa solar aumentassem o raio do buraco negro exatamente naquela pequena quantidade correspondente.

4:55 PM : Que conversa divertida, um ótimo e rápido Q & Uma sessão e uma ótima experiência em geral. Desfrute de novo e de novo, porque o vídeo da conversa agora está incorporado como um link permanente . E obrigado por sintonizar!