Den är lång har sagts att det inte finns något ljud i rymden, och det är sant, till en punkt. Konventionellt ljud kräver ett medium för att färdas igenom och skapas när partiklar komprimerar och sällsyntar, vilket gör allt från ett högt ”bang” för en enda puls till en konsekvent ton för upprepande mönster. I rymden, där det finns så få partiklar att några sådana signaler dör bort, till och med solfacklor, supernovor, sammanslagningar av svarta hål och andra kosmiska katastrofer blir tysta innan de någonsin hörs. Men det finns en annan typ av kompression och sällsynthet som inte kräver något annat än själva rymdens tyg för att färdas genom: gravitationella vågor. Tack vare de första positiva detektionsresultaten från LIGO hör vi universum för första gången.

Gravitationsvågor var något som behövdes för att vår gravitationsteori skulle vara konsekvent, enligt General Relativity. Till skillnad från Newton ” tyngdkraften, där två massor som kretsar om varandra förblir i den konfigurationen för alltid, förutspådde Einsteins teori att gravitationsbanor under tillräckligt långa tider skulle förfalla. För något som jorden som kretsar kring solen, skulle du aldrig leva för att uppleva det : det skulle ta 10 ^ 150 år för jorden att gå in i solen. Men för mer extrema system, som två neutronstjärnor som kretsar kring varandra, kunde vi faktiskt se banorna förfalla över tiden. För att spara energi förutspådde Einsteins gravitationsteori att energi måste transporteras i form av gravitationsvågor.

Dessa vågor är vansinnigt svaga, och deras effekter på föremålen under rymdtiden är otroligt små. Men om du vet hur man lyssnar på dem – precis som komponenterna i en radio vet hur man lyssnar på dessa långfrekventa ljusvågor – kan du upptäcka dessa signaler och höra dem precis som du skulle höra något annat ljud. Med en amplitud och en frekvens skiljer de sig inte från någon annan våg. Allmän relativitet ger uttryckliga förutsägelser för hur dessa vågor ska låta, med de största våggenererande signalerna som är de enklaste att upptäcka. Den största amplituden låter allt? Det är den inspirerande och sammanslagna ”kvittringen” av två svarta hål som spiral in i varandra.

I september 2015, bara några dagar efter avancerad LIGO började samla in data för första gången, en stor, ovanlig signal upptäcktes. Det förvånade alla, eftersom det skulle ha tagit så mycket energi på bara en kort 200 millisekund burst, att det skulle ha överträffat alla stjärnor i det observerbara universum Men ändå visade sig signalen vara robust, och energin från den sprängningen kom från två svarta hål – med 36 och 29 solmassor – som smälte samman till en enda solmassa 62. De som saknade tre solmassor? De omvandlades till rena energi: gravitationsvågor som krusar genom rymdens tyg. Det var den första händelsen som LIGO någonsin upptäckt.

Nu är det över ett år senare och LIGO är för närvarande på sin andra körning. Inte bara har andra sammanslagningar av svarta hål-svarta hål upptäckts, men framtiden för gravitationell vågastronomi är ljus, eftersom nya detektorer kommer att öppna våra öron för nya ljudtyper. Rymdinterferometrar, som LISA, kommer att ha längre baslinjer och kommer att höra ljud med lägre frekvens: låter som sammanslagningar av neutronstjärnor, fester supermassiva svarta hål och sammanslagningar med mycket ojämna massor.Pulsartimingsarrayer kan mäta ännu lägre frekvenser, som banor som tar år att genomföra, till exempel det supermassiva svarta hålparet: OJ 287. Och kombinationer av nya tekniker kommer att leta efter de äldsta gravitationsvågorna av alla, relikvågorna förutsagt av kosmisk inflation , hela vägen tillbaka i början av vårt universum.

Det finns så mycket att höra, och vi har bara börjat lyssna för första gången. Tack och lov är astrofysikern Janna Levin – författare till den fantastiska boken Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – redo att hålla den offentliga föreläsningen vid Perimeter Institute ikväll den 3 maj kl 19.00 Eastern / 16:00 Pacific, och det kommer att vara live-streamad här och live-bloggat av mig i realtid! Följ med oss för ännu mer om detta otroliga ämne, och jag kan inte vänta med att höra henne prata.

Livebloggen börjar några minuter före 16:00 Stillahavsområdet; följ oss här och följ med!

15:50: Det är tio minuter till showtime, och för att fira, här är tio roliga fakta (eller så många vi kan komma in) om gravitation och gravitationsvågor.

1.) I stället för ”handling på avstånd”, där en osynlig kraft utövas mellan massorna, säger allmän relativitet att materia och energi snedvrider rymdtidens struktur, och att den snedställda rymdtiden är det som manifesterar sig som gravitation.

2.) I stället för att resa i oändlig hastighet, rör sig gravitation bara med ljusets hastighet.

3.) Detta är viktigt , eftersom det betyder att om några ändringar inträffar i ett massivt föremåls position, konfiguration, rörelse, etc., de efterföljande gravitationsförändringarna sprids bara med ljusets hastighet.

15:54: 4.) Detta innebär att gravitationsvågor till exempel bara kan spridas med ljusets hastighet. När vi ”upptäcker” en gravitationsvåg upptäcker vi signalen från den tid då masskonfigurationen ändrades.

5.) Den första signalen som upptäcktes av LIGO inträffade på ett avstånd av cirka 1,3 miljarder ljusår. Universum var ungefär 10% yngre än det är idag när den här sammanslagningen inträffade.

6.) Om gravitationen färdades i oändlig hastighet skulle planetens banor vara helt instabila. Det faktum att planeter rör sig i ellipser runt Sun föreskriver att om allmän relativitet är korrekt måste gravitationens hastighet vara lika med ljusets hastighet till en noggrannhet på cirka 1%.

15:57: 7.) Det finns många, många fler gravitationsvåg än vad LIGO hittills har sett; vi har bara upptäckt den enklaste signalen som finns att upptäcka.

8.) Det som gör en signal ”lätt” att se är en kombination av dess amplitud, vilken är att säga hur mycket det kan deformera en banlängd eller ett avstånd i rymden, liksom dess frekvens.

9.) Eftersom LIGOs armar bara är 4 kilometer långa och speglarna speglar ljus tusentals gånger (men inte mer), det betyder att LIGO bara kan upptäcka frekvenser på 1 Hz eller snabbare.

10.) För långsammare signaler behöver vi längre hävarmar och större känslighet, och det kommer att innebära att vi kommer till rymden. Det är ”framtiden för gravitationell vågastronomi!

16:01: Vi klarade det! Dags att börja presentera Janna Levin! (Uttala” JAN-na ”, inte” YON-na ”, om du undrade.)

16:05: Här är det stora tillkännagivandet / skottet: den första direktinspelningen av den första gravitationsvågen. Det tog 100 år efter att Einstein först lade fram allmän relativitet, och hon spelade en inspelning!Se till att du går och lyssnar! Vad betyder det trots allt att ”höra” ett ljud i rymden, och varför är detta ett ljud? Det är syftet, säger hon, till sitt samtal.

16:08: Om du funderar på vad som finns där ute i universum hade vi inget sätt att veta något av detta vid Galileos tid. Vi tänkte på solfläckar, Saturnus osv. och var helt oförmögna att föreställa oss de stora kosmiska skalorna eller avstånden. Glöm att ”uppfatta andra galaxer,” vi hade inte tänkt på något av detta!

16:10: Janna visar en av mina favoritvideor (som jag känner igen) från Sloan Digital Sky Survey! De gjorde en undersökning av 400 000 av de närmaste galaxerna och kartlade dem i tre dimensioner. Så här ser vårt (närliggande) universum ut, och som ni ser är det egentligen tomt utrymme!

16:12: Hon gör en riktigt bra poäng som hon helt glättar över: bara cirka 1 av 1000 stjärnor kommer någonsin att bli ett svart hål. Det finns över 400 stjärnor inom 30 ljusår från oss, och noll av dem är O- eller B-stjärnor, och noll av dem har blivit svarta hål. Dessa blåaste, mest massiva och kortlivade stjärnor är de enda som kommer att växa till svarta hål.

16:15: När du funderar på ”var kom Einsteins teori ifrån,” gör Janna en stor poäng: tanken på ekvivalensprincipen. Om du har tyngdkraft kan du tänka dig att du känner dig ”tung” i din stol, till exempel. Men den här reaktionen du har är exakt samma reaktion som du skulle känna om du accelererade snarare än att gravitera. Det är inte allvaret du känner, det är effekterna av saken omkring dig!

16:17: Bandet OKGO gjorde en video som flyger i kräkkometen. Janna kan inte visa det hela, med ljud, av upphovsrättsskäl och rekommenderar det starkt. Lyckligtvis för dig tack vare internet … här är det! Njut på din fritid!

16:19: Det finns en annan enorm uppenbarelse för gravitationen: hur vi förstår hur saker fungerar kommer från att titta på hur saker faller. Månen ”faller” runt jorden; Newton insåg det. Men jorden faller runt solen; solen ”faller” runt galaxen; och atomer ”faller” här på jorden. Men samma regel gäller för dem alla, så länge de är alla i fritt fall. Fantastiskt!

4:21 PM: Här är en rolig uppenbarelse: sluta tänka på ett svart hål som kollapsad, krossad materia, även om det kan vara så det härstammar. Tänk istället på det som helt enkelt ett område med tomt utrymme med starka gravitationsegenskaper. I själva verket, om allt du gjorde var att tilldela ”massa” till denna region i rymden, skulle det perfekt definiera ett Schwarzschild (icke-laddat, icke-roterande) svart hål.

4 : 23 PM: Om du skulle falla ner i ett svart hål i solens massa, skulle du ha ungefär en mikrosekund, från att korsa händelsehorisonten (enligt Janna) tills du krossades till döds i singulariteten. Detta är konsekvent med det jag en gång beräknade, där, för det svarta hålet mitt i Vintergatan, skulle vi ha cirka 10 sekunder. Eftersom Vintergatans svarta hål är 4 000 000 gånger så massivt som vår sol, går matematiken ut!

16:26: Hur skulle du upptäcka en gravitationsvåg? Ärligt talat skulle det vara som att vara på havsytan; du skulle bobba upp och ner längs rymden och det fanns ett stort argument i samhället om dessa vågor var riktiga eller inte. Det var inte förrän Joe Weber kom och bestämde sig för att försöka mäta dessa gravitationsvågor , med en fenomenal anordning – en aluminiumstång – som skulle vibrera om en krusande våg ”plockade” stången väldigt lite.

Weber såg många sådana signaler som han identifierade med gravitationella vågor, men dessa tyvärr , har aldrig reproducerats eller verifierats. Han var, för hela sin skicklighet, inte en mycket försiktig experimenterare.

16:29: Det finns en bra fråga från Jon Groubert på Twitter: ”Jag har en fråga om något hon sa – det finns något inuti ett svart hål, är det inte? Som en tung neutronstjärna. Det bör finnas en singularitet, som antingen är punktliknande (för en icke-roterande singularitet) eller en endimensionell ring (för en roterande), men inte kondenserad, kollapsad, tredimensionell materia.

Varför inte?

För att förbli en struktur måste en kraft föröka sig och överföras mellan partiklar. Men partiklar kan bara överföra krafter med ljusets hastighet. Men ingenting, inte ens ljus, kan röra sig ”utåt” mot utgången av ett svart hål; allt rör sig mot singularitet. Och så ingenting kan hålla sig själv, och allt kollapsar i singulariteten. Tråkigt, men fysiken gör detta oundvikligt.

16:32: Efter Webers misslyckanden (och faller från berömmelse) kom tanken på LIGO fram av Rai Weiss på 1970-talet. Det tog mer än 40 år för LIGO att uppnå (och över 1000 personer för att få det att hända), men det mest fantastiska var att det var experimentellt möjligt. .

16:34: Detta är min favoritvideo som illustrerar vad en gravitationsvåg gör. Den flyttar rymden själv (och allt i den) fram och tillbaka med en liten mängd. Om du har en laserinterferometer inställd (som LIGO) kan den upptäcka dessa vibrationer. Men om du var tillräckligt nära och dina öron var tillräckligt känsliga kunde du känna den här rörelsen i trumhinnan!

4: 35 PM: Jag har några riktigt bra hörlurar, Perimeter, men tyvärr kan jag inte höra de olika gravitationsvågmodellsignalerna som Janna spelar!

16:38: Det är roligt att tro att detta är världens mest avancerade vakuum inuti LIGO-detektorerna. Ändå finns fåglar, råttor, möss etc. där under, och de tuggar sig in i nästan vakuumkammaren som ljuset färdas igenom. Men om vakuumet hade brutits (det har varit konstant sedan 1998), hade experimentet varit över. I Louisiana sköt jägare på LIGO-tunnlarna. Det är skrämmande hur känslig och dyr denna utrustning är, men ändå hur ömtålig. allt är också.

16:41: Janna gör ett riktigt bra jobb med att berätta den här historien på ett spännande men väldigt mänskligt sätt. Vi såg bara de sista banorna i två kretsande svarta hål, drastiskt saktade ner i ovanstående film. De var bara några hundra kilometer ifrån varandra, de sista fyra banorna tog 200 millisekunder, och det är hela signalen som LIGO såg.

16:43: Om du har problem med att lyssna / höra händelserna i samtalet, lyssna på den här videon (ovan), i både naturlig tonhöjd och ökad tonhöjd. De mindre svarta hålen (ungefär 8 och 13 solmassor) från 26 december 2015 är både tystare och högre än de större (29 och 36 solmassor) från 14 september samma år.

16:46: Bara en liten korrigering: Janna säger att detta var den mest kraftfulla händelsen som någonsin upptäckts sedan Big Bang. Och det är bara tekniskt sant på grund av gränserna för vår upptäckt.

När vi får några svarta hålsammanfogningar omvandlas cirka 10% av massan av det minst massiva svarta hålet i ett fusionspar till ren energi via Einsteins E = mc2. 29 solmassor är mycket, men det kommer att finnas svarta hål på hundratals miljoner eller till och med miljarder solmassor som har gått samman. Och vi har bevis.

16:49: Detta är EGT 287, där ett 150 miljoner solhålsvarta hål kretsar kring ~ 18 miljarder solmassa svart hål. Det tar 11 år för en fullständig omloppsbana att inträffa, och allmän relativitet förutspår en nedgång på 270 grader per omlopp här, jämfört med 43 bågsekunder per sekel för kvicksilver.

16:51: Janna gjorde ett otroligt jobb som slutade i tid här; Jag har aldrig sett en timmes prat slutar faktiskt efter 50 minuter vid en offentlig föreläsning i Perimeter. Wow!

16:52: Vad skulle hända om jorden sugs upp i ett svart hål? (Q & En fråga från Max.) Även om Janna ger ett bra svar vill jag påpeka att ur en gravitationsvågsynpunkt, Jorden skulle rivas isär, och vi skulle få en ”utsmetad” vågsignal, det skulle vara en mycket bullrigare, statisk-y-signal. När jorden väl hade svälts skulle händelsehorisonten växa en liten bit, eftersom ytterligare tre miljondelar av en solmassa ökade svarta hålets radie med precis den lilla motsvarande mängden.

16:55 PM : Vilket roligt samtal, en fantastisk och snygg Q & En session och en fantastisk upplevelse totalt. Och tack för att du har ställt in!