Fuziunile găurilor negre sunt o clasă de obiecte care creează unde gravitaționale de anumite frecvențe … și amplitudini. Datorită detectoarelor precum LIGO, putem „auzi” aceste sunete pe măsură ce apar.
LIGO, NSF, A. Simonnet (SSU)
Este lung S-a spus că nu există sunet în spațiu și că este adevărat, până la un punct. Sunetul convențional necesită un mediu de călătorie și este creat atunci când particulele se comprimă și se rarifică, făcând orice dintr-un „bang” puternic pentru un singur impuls până la un ton consistent pentru repetarea tiparelor. În spațiu, unde există atât de puține particule încât orice astfel de semnale dispar, chiar și rachete solare, supernove, fuziuni ale găurilor negre și alte catastrofe cosmice tacă înainte de a fi auzite vreodată. Dar există un alt tip de compresie și rarefacție care nu necesită altceva decât țesătura spațiului în sine pentru a călători: unde gravitaționale. Mulțumită primelor rezultate pozitive ale detectării de la LIGO, auzim Universul pentru prima dată.
Două găuri negre care fuzionează. Inspirația are ca rezultat găurile negre care se reunesc, în timp ce … undele gravitaționale transportă excesul de energie. Spațiul-timp de fundal este distorsionat ca urmare.
SXS, proiectul Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) (http://www.black-holes.org)
Undele gravitaționale erau ceva ce trebuia să existe pentru ca teoria gravitației noastre să fie consecventă, conform relativității generale. Spre deosebire de Newton ” Gravitația, în cazul în care oricare două mase care orbitează una pe alta ar rămâne în acea configurație pentru totdeauna, teoria lui Einstein a prezis că, de-a lungul timpului, orbitele gravitaționale se vor descompune. : ar dura 10 ^ 150 de ani pentru ca Pământul să se spiraleze în Soare. Dar pentru sisteme mai extreme, cum ar fi două stele de neutroni care orbitează una pe alta, am putea vedea de fapt orbitele care se descompun în timp. Pentru a conserva energia, teoria gravitației a lui Einstein a prezis că energia trebuie transportată sub formă de unde gravitaționale.
două stele de neutroni se orbitează una pe cealaltă, teoria relativității generale a lui Einstein prezice decăderea orbitală și emisia de radiații gravitaționale. Primul a fost observat foarte precis de mulți ani, dovadă fiind modul în care punctele și linia (predicția GR) se potrivesc foarte bine.
NASA (L), Institutul Max Planck pentru Radioastronomie / Michael Kramer
Aceste unde sunt înnebunitor de slabe, iar efectele lor asupra obiectelor din spațiu-timp sunt uimitor de mici. Dar dacă știți cum să le ascultați – la fel cum componentele unui radio știu cum să asculte acele unde de lumină cu frecvență lungă – puteți detecta aceste semnale și le puteți auzi exact așa cum ați auzi orice alt sunet. Cu o amplitudine și o frecvență, nu sunt diferiți de orice altă undă. Relativitatea generală face predicții explicite pentru cum ar trebui să sune aceste unde, cele mai mari semnale generatoare de unde fiind cele mai ușor de detectat. Cea mai mare amplitudine sună toate? Este „ciripitul” inspirator și contopitor al două găuri negre care se spiralează una în alta.
În septembrie 2015, la doar câteva zile după avansare LIGO a început să colecteze date pentru prima dată, a fost observat un semnal mare, neobișnuit. A surprins pe toată lumea, pentru că ar fi transportat atât de multă energie într-o explozie scurtă de 200 de milisecunde, încât ar fi depășit toate stelele din Universul observabil. Cu toate acestea, semnalul s-a dovedit a fi robust, iar energia din acea explozie a provenit din două găuri negre – de 36 și 29 de mase solare – fuzionând într-o singură masă solară de 62. Acele lipsă de trei mase solare? Au fost transformate în pure energie: unde gravitaționale care curg prin țesătura spațiului. Acesta a fost primul eveniment detectat vreodată de LIGO.
Semnalul de la LIGO al primului detectarea robustă a undelor gravitaționale. Forma de undă nu este doar … o vizualizare; este reprezentativă pentru ceea ce ați auzi de fapt dacă ascultați ed corect.
Observarea undelor gravitaționale dintr-o fuziune binară cu gaură neagră BP Abbott și colab., (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)
Acum este peste un an mai târziu, iar LIGO este în prezent la cea de-a doua rulare. Nu numai că au fost detectate alte fuziuni gaură neagră-gaură neagră, dar viitorul astronomiei unde gravitaționale este luminos, deoarece noi detectoare ne vor deschide urechile către noi tipuri de sunete. Interferometrele spațiale, cum ar fi LISA, vor avea linii de bază mai lungi și vor auzi sunete de frecvență mai mică: sunete precum fuziuni de stele de neutroni, găuri negre supermasive și fuziuni cu mase extrem de inegale.Tablourile de sincronizare pulsare pot măsura frecvențe chiar mai mici, cum ar fi orbite care durează ani până la finalizare, cum ar fi perechea de găuri negre supermasive: OJ 287. Și combinațiile de noi tehnici vor căuta cele mai vechi unde gravitaționale din toate, undele relicve prezise de inflația cosmică , până la începutul Universului nostru.
Undele gravitaționale generate de inflația cosmică sunt cel mai îndepărtat semnal înapoi în timp … concep să detecteze potențial. Colaborări precum BICEP2 și NANOgrav pot face acest lucru în mod indirect în deceniile următoare.
Fundația Națională pentru Științe (NASA, JPL, Fundația Keck, Fundația Moore, conexe) – Program BICEP2 finanțat; modificări de E. Siegel
Există atâtea lucruri de auzit, iar noi abia am început să ascultăm pentru prima dată. Din fericire, astrofizicianul Janna Levin – autorul cărții fantastice, Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – este pregătit să țină prelegerea publică la Perimeter Institute în această seară, 3 mai, la ora 19:00 Est / 16:00 Pacific, și va fi live-stream aici și live-blog de mine în timp real! Alăturați-vă atunci pentru mai multe informații despre acest subiect incredibil și abia aștept să o aud vorbind.
Blogul live va începe cu câteva minute înainte de ora 16:00 Pacific; alăturați-vă aici și urmați!
Deformarea spațiu-timpului, în imaginea relativistă generală, de către masele gravitaționale.
LIGO / T. Pyle
15:50: Mai sunt zece minute până la spectacol și, pentru a sărbători, iată zece fapte distractive (sau cât de multe putem) intrați) despre gravitație și unde gravitaționale.
1.) În loc de „acțiune la distanță”, unde se exercită o forță invizibilă între mase, relativitatea generală spune că materia și energia deformează țesătura spațiu-timp, și că spațiul-timp deformat este ceea ce se manifestă ca gravitație.
2.) În loc să călătorească cu viteză infinită, gravitația călătorește doar cu viteza luminii.
3.) Acest lucru este important , deoarece înseamnă că, dacă apar modificări la poziția, configurația, mișcarea unui obiect masiv etc., modificările gravitaționale care rezultă se propagă numai cu viteza luminii.
Simularea computerizată a două găuri negre care fuzionează producând unde gravitaționale.
Werner Benger, cc by-sa 4.0
3:54 PM: 4.) Aceasta înseamnă că undele gravitaționale, de exemplu, se pot propaga numai cu viteza luminii. Când „detectăm” o undă gravitațională, „detectăm semnalul de când s-a schimbat acea configurație de masă.
5.) Primul semnal detectat de LIGO a avut loc la o distanță de aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină. Universul era cu aproximativ 10% mai tânăr decât în prezent când a avut loc acea fuziune.
Undele gravitaționale sunt undele gravitaționale.
European Gravitational Observatory, Lionel BRET / EUROLIOS
6.) Dacă gravitația ar călători cu viteză infinită, orbitele planetare ar fi complet instabile. Faptul că planetele se mișcă în elipse în jurul Soarele impune ca, dacă relativitatea generală este corectă, viteza gravitației trebuie să fie egală cu viteza luminii cu o precizie de aproximativ 1%.
15:57 PM: 7.) Există multe, multe alte unde gravitaționale. semnale decât ceea ce a văzut LIGO până acum; am detectat doar cel mai ușor semnal de detectat.
8.) Ceea ce face un semnal „ușor” de văzut este o combinație a amplitudinii sale, care înseamnă că poate deforma o lungime de cale sau o distanță în spațiu, precum și frecvența acesteia.
A ilustrare simplificată a sistemului de interferometru laser LIGO.
Colaborare LIGO
9.) Deoarece brațele LIGO au doar 4 kilometri lungime, iar oglinzile reflectă lumină de mii de ori (dar nu mai mult), asta înseamnă că LIGO poate detecta doar frecvențe de 1 Hz sau mai rapide.
La începutul acestui an, LIGO a anunțat prima detectare directă a undelor gravitaționale. Prin … construirea unui observator de unde gravitaționale în spațiu, am putea fi capabili să atingem sensibilitățile necesare pentru a detecta un semnal extraterestru deliberat.
ESA / NASA și colaborarea LISA
10.) Pentru semnale mai lente, avem nevoie de brațe mai lungi și sensibilități mai mari, iar asta va însemna să mergem în spațiu. Acesta este viitorul astronomiei unde gravitaționale!
16:01: Am reușit! E timpul să începem și să o prezentăm pe Janna Levin! (Pronunțați „JAN-na”, nu „YON-na”, dacă vă întrebați.)
Inspirația și fuziunea primei perechi de găuri negre observate vreodată direct.
BP Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
16:05: Iată marele anunț / împușcat: prima înregistrare directă a primei unde gravitaționale. Au trecut 100 de ani după ce Einstein a prezentat relativitatea generală pentru prima dată, iar ea cântă o înregistrare!Asigurați-vă că mergeți și ascultați! Ce înseamnă „auzi” un sunet în spațiu, la urma urmei și de ce este acesta un sunet? Acesta este scopul, spune ea, a discuției sale.
Galaxiile Maffei 1 și Maffei 2, în planul Lacteului Way, poate fi dezvăluit doar văzând … prin praful Căii Lactee. În ciuda faptului că sunt unele dintre cele mai apropiate galaxii mari din toate, ele nu au fost descoperite decât la mijlocul secolului al XX-lea.
Misiunea WISE; NASA / JPL-Caltech / UCLA
16:08: Dacă luați în considerare ceea ce este acolo în Univers, nu am avut nicio modalitate de a cunoaște acest lucru la vremea lui Galileo. Ne gândeam la petele solare, la Saturn etc. și eram complet incapabili să concepem marile scale sau distanțe cosmice. Uitați de „conceperea altor galaxii”, nu am conceput nimic din toate acestea!
16:10: Janna prezintă unul dintre videoclipurile mele preferate (pe care le recunosc) din Sloan Digital Sky Survey! Au făcut un sondaj de 400.000 dintre cele mai apropiate galaxii și le-au cartografiat în trei dimensiuni. Așa arată Universul nostru (din apropiere) și, după cum puteți vedea, este într-adevăr spațiu gol!
The (modern ) Sistem de clasificare spectrală Morgan – Keenan, cu intervalul de temperatură al fiecărei stele … clasă prezentată deasupra acestuia, în kelvin.
Utilizatorul Wikimedia Commons LucasVB, adăugiri de E. Siegel
16:12: Ea face un punct cu adevărat extraordinar pe care îl trece în revistă: doar aproximativ 1 din 1000 de stele vor deveni vreodată o gaură neagră. Există peste 400 de stele la 30 de ani lumină de noi, iar zero dintre ele sunt stele O sau B, iar zero dintre ele au devenit găuri negre. Aceste stele cele mai albastre, cele mai masive și cu cea mai scurtă viață sunt singurele care vor crește în găuri negre.
Comportamentul identic al unei mingi căderea pe podea într-o rachetă accelerată (stânga) și pe Pământ … (dreapta) este o demonstrație a principiului echivalenței lui Einstein.
Utilizatorul Wikimedia Commons Markus Poessel, retușat de Pbroks13
16:15: Când vă gândiți la „de unde a venit teoria lui Einstein”, Janna face un mare punct: ideea principiului echivalenței. Dacă aveți gravitație, ați putea considera că vă simțiți „greu” în scaun, de exemplu. Dar această reacție pe care o aveți este exact aceeași reacție pe care ați simți-o dacă ați accelera, mai degrabă decât gravitând. Nu este gravitația pe care o simțiți, ci efectele materiei din jurul vostru!
16:17: Trupa OKGO a realizat un videoclip zburând în cometa vomită. Janna nu poate arăta totul, cu audio, din motive de drepturi de autor și o recomandă cu tărie. Din fericire pentru tine, datorită internetului … iată-l! Bucurați-vă în timpul liber!
A călători o dată în jurul orbitei Pământului pe o cale în jurul Soarelui este o călătorie de 940 milioane de kilometri.
Larry McNish la RASC Calgary Center
16:19: Există o altă revelație uriașă pentru gravitație: felul în care înțelegem cum funcționează lucrurile provine din a vedea cum lucrurile cad. Luna „cade” în jurul Pământului; Newton a realizat asta. Dar Pământul cade în jurul Soarelui; Soarele „cade” în jurul galaxiei; iar atomii „cad” aici pe Pământ. Dar aceeași regulă se aplică tuturor, atâta timp cât sunt „toți în cădere liberă. Uimitor!
Gaurile negre sunt ceva Universul nu s-a născut cu, ci a crescut pentru a dobândi în timp. Ei … acum domină entropia Universului.
Ute Kraus, grupul de educație fizică Kraus, Universitatea Hildesheim; Axel Mellinger (fundal)
4:21 PM: Iată „o revelație amuzantă: nu mai gândiți la o gaură neagră ca materie prăbușită, zdrobită, chiar dacă așa ar putea fi originea ei. În schimb, gândiți-vă la aceasta ca la o regiune a spațiului gol cu proprietăți gravitaționale puternice. De fapt, dacă tot ce ai făcut a fost să atribui „masă” acestei regiuni a spațiului, aceasta ar defini perfect o gaură neagră Schwarzschild (neîncărcată, care nu se rotește).
Gaura neagră supermasivă (Sgr A *) din centrul galaxiei noastre este învăluită într-un mediu prăfuit, gazos … Razele X și observațiile infraroșii pot vedea parțial prin ea, dar undele radio ar putea în cele din urmă să o rezolve direct.
Observatorul Chandra de raze X al NASA
4 : 23 PM: Dacă ați cădea într-o gaură neagră, masa Soarelui, ați avea aproximativ o microsecundă, de la traversarea orizontului evenimentelor (conform lui Janna) până când ați fost zdrobiți la moarte la singularitate. Acest lucru este consecvent cu ceea ce am calculat odată, unde, pentru gaura neagră din centrul Căii Lactee, am avea aproximativ 10 secunde. Deoarece gaura neagră a Căii Lactee este de 4.000.000 de ori mai masivă decât Soarele nostru, matematica funcționează!
Joseph Weber cu detectorul său de undă gravitațională în stadiu incipient, cunoscut sub numele de bara Weber.
Colecții speciale și arhive universitare, bibliotecile Universității din Maryland
16:26: Cum ați detecta o undă gravitațională? Sincer, ar fi ca și cum ai fi la suprafața oceanului; ai urca și coborî de-a lungul suprafeței spațiului și a existat un mare argument în comunitate dacă aceste unde erau reale sau nu. Nu a fost până când Joe Weber a venit și a decis să încerce să măsoare aceste unde gravitaționale. , folosind un dispozitiv fenomenal – o bară de aluminiu – care ar vibra dacă o undă ondulantă ar „smulge” bara foarte ușor.
Weber a văzut multe astfel de semnale pe care le-a identificat cu unde gravitaționale, dar acestea, din păcate, , nu au fost niciodată reproduse sau verificate. Nu a fost, cu toată istețimea sa, un experimentator foarte atent.
16:29: Există „o întrebare bună de la Jon Groubert pe twitter:„ Am o întrebare despre ceva ce a spus ea – există ceva în interiorul unei găuri negre, nu este? Ca o stea grea de neutroni. Ar trebui să existe o singularitate, care este fie asemănătoare unui punct (pentru o singularitate care nu se rotește), fie un inel unidimensional (pentru unul care se rotește), dar nu o materie tridimensională condensată, prăbușită.
De ce nu?
Deoarece pentru a rămâne ca o structură, o forță trebuie să se propage și să fie transmisă între particule. Dar particulele pot transmite forțe doar cu viteza luminii. Dar nimic, nici măcar lumina, nu se poate mișca „spre exterior” spre ieșirea unei găuri negre; totul se îndreaptă spre singularitate. Și astfel nimic nu se poate ridica și totul se prăbușește în singularitate. Trist, dar fizica face acest lucru inevitabil.
16:32: După eșecurile lui Weber (și cad din faimă), ideea LIGO a apărut de Rai Weiss în anii 1970. A durat mai mult decât 40 de ani pentru ca LIGO să se realizeze (și peste 1.000 de oameni să realizeze acest lucru), dar cel mai fantastic lucru a fost că a fost posibil din punct de vedere experimental. Prin realizarea a două brațe foarte lungi, puteți vedea efectul unei unde gravitaționale trecătoare. .
16:34: Acesta este videoclipul meu preferat care ilustrează ceea ce face o undă gravitațională. Mută spațiul în sine (și tot ce conține) înainte și înapoi cu o cantitate mică. Dacă aveți configurat un interferometru laser (cum ar fi LIGO), acesta poate detecta aceste vibrații. Dar dacă ați fi suficient de aproape și urechile dvs. ar fi suficient de sensibile, ați putea simți această mișcare în timpan!
4: 35 PM: Am niște căști foarte bune, Perimeter, dar, din păcate, nu pot auzi diferitele semnale ale modelului de undă gravitațională pe care Janna le joacă!
Observatorul LIGO Hanford pentru detectarea undelor gravitaționale în statul Washington, SUA.
Laboratorul Caltech / MIT / LIGO
16:38: Este amuzant să cred că acesta este cel mai avansat vid din lume, în interiorul detectoarelor LIGO. Cu toate acestea, păsările, șobolanii, șoarecii etc. sunt cu toții acolo și își mestecă drumul în aproape camera de vid prin care trece lumina. Dar dacă vidul ar fi fost spart (a fost constant din 1998), experimentul s-ar fi terminat. În Louisiana, vânătorii au tras în tunelurile LIGO. Este îngrozitor cât de sensibil și scump este acest echipament, dar totuși cât de fragil este Totul este, de asemenea.
16:41: Janna face o treabă grozavă povestind această poveste într-un mod suspans, dar foarte uman. Am văzut doar ultimele câteva orbite ale celor două găuri negre care orbitează, încetinite drastic în filmul de mai sus. Acestea erau la doar câteva sute de kilometri distanță, acele patru orbite finale au durat 200 de milisecunde și asta este întregul semnal pe care LIGO l-a văzut.
16:43: Dacă aveți probleme cu ascultarea / auzirea evenimentelor din discuție, ascultați acest videoclip (mai sus), atât în ton natural, cât și în ton crescut. Găurile negre mai mici (aproximativ 8 și 13 mase solare) din 26 decembrie 2015 sunt atât mai liniștite, cât și mai înalte decât cele mai mari (29 și 36 mase solare) din 14 septembrie în același an.
16:46: Doar o mică corecție: Janna spune că acesta a fost cel mai puternic eveniment detectat vreodată de la Big Bang. Și acest lucru este adevărat doar din punct de vedere tehnic, din cauza limitelor detectării noastre.
Când obținem fuziuni de gauri negre, aproximativ 10% din masa celei mai puțin masive găuri negre dintr-o pereche de fuziuni se transformă energie pură prin E = mc2 a lui Einstein. 29 de mase solare sunt multe, dar vor exista găuri negre de sute de milioane sau chiar miliarde de mase solare care s-au unit. Și avem dovezi.
Cel mai masiv semnal binar de gaură neagră văzut vreodată: OJ 287.
S. Zola & NASA / JPL
16:49: Acesta este OJ 287, unde o gaură neagră de 150 milioane de mase solare orbitează o ~ 18 miliarde de mase solare gaură neagră. Durează 11 ani pentru ca o orbită completă să apară, iar relativitatea generală prezice o precesiune de 270 de grade pe orbită, comparativ cu 43 de secunde de arc pe secol pentru Mercur.
16:51: Janna a făcut o treabă incredibilă care s-a încheiat la timp aici; Nu am văzut niciodată o oră de discuție care se încheie după 50 de minute la o prelegere publică pe Perimetru. Uau!
Pământul așa cum este văzut dintr-o compus din imagini satelitare NASA din spațiu la începutul anilor 2000.
NASA / Blue Marble Project
16:52: Ce s-ar întâmpla dacă Pământul ar fi aspirat în o gaură neagră? (Q & O întrebare de la Max.) Deși Janna oferă un răspuns minunat, aș dori să subliniez că, din punct de vedere al undei gravitaționale, Pământul ar fi sfărâmat și am primi un semnal de undă „murdărit”, acesta ar fi un semnal mult mai zgomotos, static-y. Odată ce Pământul va fi înghițit, orizontul evenimentelor va crește doar puțin, întrucât încă trei milionimi dintr-o masă solară a crescut raza găurii negre cu acea cantitate mică, corespunzătoare.
16:55 : Ce discuție amuzantă, un Q & extraordinar și rapid . Și vă mulțumim că v-ați conectat!
