Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Kaj je to?

V četrtek (11. februarja) ob 10:30 bo Nacionalna znanstvena fundacija v Washingtonu združila znanstvenike iz Caltech, MIT in znanstvenega sodelovanja LEU, da znanstveniki sporočijo rezultate prizadevanj laserskega interferometričnega observatorija za gravitacijske valove (LIGO) za odkrivanje gravitacijskih valov .

Zaradi nekaterih zelo specifičnih govoric, ki so namenjene možnemu odkritju te izmuzljive motnje v vesolju, obstajajo velika upanja, da bo znanstveno sodelovanje LIGO končno končalo grozljivo sklepanje in napovedalo odkritje gravitacijskih valov.

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Toda zakaj je to tako pomembno? In kaj so "gravitacijski valovi"?

Gravitacijski valovi v svojem najbolj splošnem smislu so pulzacije v vesolju. Albert Einstein je pred nekaj leti predpostavljal, da te pulzacije prenašajo gravitacijsko energijo iz pospeška masivnih objektov v prostoru. Gravitacijske valove si lahko predstavljamo kot valove na površini ribnika; vrzite v vodo in valovi bodo šli čez površino padlega predmeta. Gravitacijski valovi so podobni: soočamo se z dvema črnima luknjama (kot primer), "valovanje" pa bo šlo v vesolje, pri čemer bo energija iz mesta trčenja prenesla s hitrostjo svetlobe. Ni dokazov o prisotnosti gravitacijskih valov, vendar se njihova identifikacija ni zdela možna ... pred kratkim.

Kaj jih naredi?

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Črne luknje so najmasivnejši in gostejši predmeti, ki obstajajo v vesolju in so verjetno središča aktivnosti gravitacijskega vala, še posebej, če se trčijo in se združujejo. Združevanje črnih lukenj se šteje za ključ do mehanizma rasti teh gravitacijskih velikanov. Ko dve galaksiji združita svoje osrednje, zelo težke črne luknje, se začnejo vrteti okrog drug drugega v spirali, nato pa trčijo in tvorijo veliko črno luknjo. V tem primeru gravitacijski valovi izvirajo iz spiralnih črnih lukenj, preden trčijo. Več objektov se približuje drug drugemu, močnejša je gravitacijska energija valov, pri čemer vedno več energije črne luknje v trku, ki po združitvi zvoni kot »zvon«. Drug energetski pojav, ki povzroča hiter izbruh gravitacijskih valov, je supernova. Ko masivna zvezda zmanjka vodikovega goriva, eksplodira in tvori masivni gravitacijski pritisk. Zaradi eksplozije se bo pojavila pulzacija gravitacijskih valov, ki bo šla skozi vesolje.

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Gravitacijske valove lahko ustvarjamo tudi s hitro vrtljivimi predmeti, vendar obstaja en trik. Samo asimetrični (ne simetrični) veliki rotirajoči objekti lahko oddajajo gravitacijske valove v periodični obliki. Na primer, hitro rotirajoča nevtronska zvezda s konveksnim nabiranjem snovi na eni strani poloble bo "vzbudila" prostor-čas za ustvarjanje gravitacijskih valov. Vendar pa popolnoma simetrična nevtronska zvezda ne bo ustvarila gravitacijskih valov. To najlažje razumete tako, da si predstavljate ovalno žogo, ki se vrti na površini bazena; medtem, ko se žogica vrti, ustvarja velike valove na površini vode. Po drugi strani pa bo krogla ustvarila subtilne valove na površini.

Big Bang je verjetno povzročil tudi močan tok gravitacijskih valov, ki je nastal pred začetkom Vesolja pred približno 14 milijardami let. Vendar te začetne gravitacijske valove verjetno ni mogoče zaznati, saj je njihov signal v sodobnem vesolju prešibak. Ampak poskuša jih odkriti v "sijaju ozadja" Velikega poka. Tak projekt je teleskop BICEP2 na južnem polu, ki išče zelo specifično vrsto polarizacije v kozmičnem mikrovalovnem ozadju, ki je verjetno posledica primarnih gravitacijskih valov. Kljub nedavnim obvestilom ti signali še niso bili zaznani.

Kako jih lahko odkrijemo?

Laser za interferometrični gravitacijsko-valovni observatorij (LIGO) je leta 2002 začela z delom na določeni nalogi: neposredno odkrivanje gravitacijskih valov, ki prehajajo skozi naš lokalni prostor. Gravitacijski valovi se prenašajo v prostoru in jih je mogoče zaznati v katerem koli delu neba ponoči in podnevi, skozi meglico, zvezde in celo trdne planete. Ti valovi, teoretično, nenehno prečkajo vesolje, potujejo popolnoma svobodno. Ti valovi so lahko povsod, vendar je njihov učinek presenetljivo šibek in LIGO je bil zasnovan tako, da preveri njihov možni obstoj. LIGO je sestavljen iz dveh opazovalnih postaj, ki se nahajata na razdalji 2 tisoč milj od drugega - enega v Washingtonu, drugega v Louisiani. Obe postaji sta enaki in imata dva dolga tunela v obliki črke L. Vsak tunel je dolg 2,5 milje. Kot "L" vsebuje prefinjen optični laboratorij z laserji za zaznavanje majhnih nihanj v razdalji, ki jih povzroči prehod gravitacijskega vala. Z večkratnim odbijanjem laserjev vzdolž predora in nato primerjanjem žarkov oprema LIGO lahko zazna najmanjšo fazno spremembo. Ta izredno natančna tehnika se imenuje interferometrija. Vsaka sprememba faze lahko pomeni rahlo ukrivljenost prostora-časa - majhna sprememba razdalje, ki ustreza 1/1000 širine protona.

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Do sedaj LIGO ni mogel zaznati nobenih signalov gravitacijskih valov, vendar se lahko z nadgradnjo na Advanced LIGO situacija spremeni.

Za napredne LIGO je ključnega pomena imeti dve postaji. Če ena postaja zazna spremembo v prostoru-času, druga pa ne, lahko znanstveniki odpravijo širjenje gravitacijskih valov. Te lažne alarme lahko povzročijo vibracije vozila, ki prehaja, ali močni vetrovi med nevihto. Samo če dve postaji beležita isti dogodek, se potrdi obstoj gravitacijskega valovnega signala.

Drugi zemeljski detektorji gravitacijskih valov, kot sta Devica (Italija) in GEO 600 (Nemčija), uporabljata tudi interferometrijo za zajemanje teh drobnih nihanj v času. Nedavno se je začela misija LISA Pathfinder za preizkušanje ključnih tehnologij z uporabo Evolution Laser Interferometer Space Antena, naslednjo generacijo prostorskega interferometra (eLISA), ki ga Evropska vesoljska agencija načrtuje začeti leta 2034.

Zakaj so tako pomembni?

Kaj morate vedeti o gravitacijskih valovih

Potrditev detekcije gravitacijskih valov bo končna združitev teoretične fizike in tehnološkega razvoja. Gravitacijski valovi se rodijo neposredno iz Einsteinove splošne teorije relativnosti, ki opisuje naravo prostora in časa. Presenetljivo je, da je pred 100 leti, leto letno, Einstein posejal semena za te motnje v prostoru-času, samo da bi v enem stoletju lahko razvili tehnologijo in jih poskušali dejansko zaznati. Njihovo odkritje bo potrdilo še eno predpostavko splošne teorije relativnosti in nam v prihodnosti pomagalo najti odgovore na nekatere najbolj neprijetne uganke, s katerimi se soočajo astrofiziki in kozmologi.

Neposredno odkrivanje gravitacijskih valov je nedvomno dogodek, ki je vreden Nobelove nagrade, znanstvena skupnost pa ne dvomi, da bo ta dosežek enakovreden odkritju Higgsovega bozona leta 2012 in morda celo konceptu Edwina Hubbleja o širitvi vesolja leta 1929.

Zanimivo je, da je predlagal, da bodo različni kozmični pojavi ustvarili gravitacijske valove različne frekvence. Sodobna astronomija se osredotoča na uporabo elektromagnetnega spektra za raziskovanje vesolja. Tradicionalno so astronomi uporabili vidni del svetlobe elektromagnetnega spektra, da so odprli planete in celo pogledali v sosednje galaksije. Z razvojem astronomskih metod in posodobitvijo tehnologije so astronomi začeli preučevati valove različnih frekvenc, kot so rentgenske žarke, da bi videli energetske dogodke okoli črnih lukenj in infrardeče sevanje, da bi pogledali v meglice, ki tvorijo zvezde.

Toda neposredno odkrivanje gravitacijskih valov bo sprememba paradigme. Z zadostnim številom detektorjev gravitacijskih valov bomo lahko »videli« predmete in predmete, ki ostajajo nevidni elektromagnetnemu spektru. Dve črni luknji, ki trčita, na primer, ne moreta ustvariti veliko elektromagnetnega sevanja, lahko pa ustvarita ogromen signal gravitacijskega vala. In tako kot elektromagnetno sevanje bo frekvenca gravitacijskih valov opisala naravo pojavov, ki jih ustvarjajo. Končno bomo lahko ustvarili gravitacijsko karto bližnjega vesolja s časovnimi pojavi, kot so supernove, in periodične pulzacije iz vrtenja črnih lukenj. Astronomski gravitacijski valovi bodo ustvarili revolucijo v našem dojemanju vesolja.

Komentarjev (0)
Iskanje