Κυριακή, 4 Ιουνίου 2017

Κυματισμούς στο χωροχρόνο! Βαρυτικών κυμάτων Παρατηρητήριο Ανιχνεύει 3ο Συγχώνευση Black Hole

η έννοια του καλλιτέχνη παρουσιάζει δύο μαύρες τρύπες που πλησιάζει μια σύγκρουση. Ένα τρίτο τέτοιο γεγονός είχε εντοπιστεί από το πείραμα βαρύτητας κυμάτων LIGO στην 4η Ιανουαρίου, 2017.Credit: LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet)


Δεν είναι μια απροσδόκητη επιτυχία: Για τρίτη φορά, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει κυματισμούς στο χωροχρόνο που προκαλείται όταν δύο μαύρες τρύπες κύκλο ο ένας τον άλλο στο μυαλό κάμψης ταχύτητες και συγκρούονται.

Ο ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων LIGO εντόπισε το χώρο-χρόνο κυματισμούς στις 4 Ιανουαρίου, τα μέλη του LIGO Επιστημονική Συνεργασία ανακοίνωσε σήμερα (1 Ιουνίου).



Αν αυτή η είδηση ακούγεται οικείο, είναι επειδή αυτή είναι η τρίτη μαύρη τρύπα σύγκρουση που LIGO έχει ανιχνευθεί σε λιγότερο από δύο χρόνια. Αυτές οι τρεις διαδοχικές ανακαλύψεις σηματοδοτούν να αστροφυσικούς που συγχωνεύσεις μεταξύ μαύρες τρύπες σε αυτό το εύρος μάζας είναι τόσο κοινή στο σύμπαν ότι LIGO μπορεί να ανιχνεύσει τόσο πολλοί όπως ένα ανά ημέρα όταν η παρατηρητηρίου αρχίζει λειτουργεί σε πλήρη ευαισθησία του, τα μέλη της συνεργασίας δήλωσε κατά τη διάρκεια μιας ειδήσεων τηλεδιάσκεψη χθες (31 Μαΐου). [ Πώς να δείτε Space-Time Stretch - ΛΙΓΟ | Βίντεο ]
Διαφήμιση


«Αν είχαμε τρέξει για μεγάλο χρονικό διάστημα και δεν είχε δει το ένα τρίτο συγχώνευση μαύρη τρύπα ... θα είχαμε ξεκινήσει ξύσιμο τα κεφάλια μας και να λένε,« Μήπως απλά να πάρει πραγματικά τυχεροί που είδαμε αυτές τις δύο σπάνια γεγονότα;»Ντέιβιντ Reitze, LIGO Εργαστήριο εκτελεστικός διευθυντής και καθηγητής της φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, είπε Space.com. «Τώρα νομίζω ότι μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι αυτό δεν είναι η περίπτωση. Νομίζω ότι είναι συναρπαστικό.»

Μια παρτίδα ανιχνεύσεις μαύρων οπών από LIGO θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να μάθουν πώς οι μαύρες τρύπες αυτού του μεγέθους - τα άτομα με μάζες δεκάδες φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο, ή των λεγόμενων αστρικές μαύρες τρύπες - γεννιούνται, και αυτό τους αναγκάζει να έρθει μαζί και συγχωνεύονται σε ένα νέο, ενιαίο μαύρη τρύπα. Ένα έγγραφο που περιγράφει τη νέα ανακάλυψη περιλαμβάνει μερικά στοιχεία για τα γυρίσματα των αρχικών δύο μαύρες τρύπες, που είναι ένα πρώτο βήμα στην εκμάθηση για το περιβάλλον όπου σχηματίζονται και πώς κατέληξε να συγκρούονται.




Αυτή η προσομοίωση δείχνει δύο μαύρες τρύπες, που ανιχνεύεται από το LIGO βαρύτητας κύμα παρατηρητηρίου, που περιβάλλει ο ένας τον άλλον και συγχώνευση. Αυτό το ισχυρό συμβάν δημιουργεί κυματισμούς στο χωροχρόνο. Οι χρωματιστές λωρίδες είναι κορυφές βαρυτικών κυμάτων και κοιλοτήτων, με τα χρώματα να πάρει φωτεινότερο καθώς αυξάνει πλάτους κύματος.Credit: LIGO / Caltech / MIT / SXS Συνεργασία

Κυματισμούς στο χωροχρόνο

ΛΙΓΟ (που σημαίνει βαρύτητας με συμβολόμετρο λέιζερ-Wave Παρατηρητήριο) ήταν το πρώτο πείραμα στην ιστορία για να εντοπίσει άμεσα τα κύματα βαρύτητας - κυματισμοί στο παγκόσμιο ιστό γνωστό ως χώρου-χρόνου, που για πρώτη φορά προβλέπεται από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Ο διάσημος φυσικός έδειξε ότι ο χώρος και ο χρόνος συνδέονται εκ θεμελίων, έτσι ώστε όταν ο χώρος είναι παραμορφωμένος, ο χρόνος μπορεί είτε να επιβραδύνουν ή να επιταχύνουν.

Αν ΛΙΓΟ ξεκίνησε τη λήψη των δεδομένων το 2002, δεν ήταν μέχρι το παρατηρητήριο υποβλήθηκε σε μια σημαντική αναβάθμιση, που ονομάζεται Σύνθετη LIGO, ώστε να επιτευχθεί η απαραίτητη ευαισθησία για να κάνει μια ανίχνευση. Η πρώτη συγχώνευση μαύρη τρύπα επισημάνθηκε από LIGO είχε ανακοινωθεί το Φεβρουάριο 2016 ? η δεύτερη ανακοινώθηκε στην Ιούνιος, 2016 .

Αυτή η νέα συγχώνευση εντοπίστηκε από ΛΙΓΟ έλαβε χώρα μεταξύ ενός μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 19 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο, και ένα άλλο με μάζα περίπου 31 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο. Αυτοί οι σύντροφοι συνδυάζονται για να σχηματίσουν μια νέα μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 49 φορές μεγαλύτερη από του ήλιου (μερικά μάζα μπορεί να χαθεί κατά τη διάρκεια της συγχώνευσης). Ολόκληρη η μάζα του εν λόγω τελικού μαύρη τρύπα είναι συσκευασμένο σε ένα αντικείμενο με διάμετρο περίπου 167 μίλια (270 χιλιόμετρα), ή περίπου το πλάτος της πολιτείας της Μασαχουσέτης, σύμφωνα με τους επιστήμονες LIGO.

Αυτό νεοσχηματισμένα μαύρη τρύπα πέφτει μεταξύ των τελικών μάζες των μαύρων οπών που LIGO προηγουμένως ανιχνευθεί, η οποία ήταν 62 ηλιακές μάζες και 21 ηλιακές μάζες.

Τα βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται από αυτή τη νέα μαύρη τρύπα σύγκρουση έπρεπε να ταξιδέψει σε όλο τον κόσμο για το 3000 εκατομμύρια χρόνια πριν φτάσει στη Γη. Αυτό σημαίνει ότι αυτή η νέα μαύρη τρύπα συγχώνευση συνέβη δύο φορές πιο μακριά από τη Γη, όπως το πρώτο και το δεύτερο συγχωνεύσεις μαύρη τρύπα ανιχνεύεται από το LIGO. Τα βαρυτικά κύματα από αυτές μαύρη τρύπα συγκρούσεις ταξίδεψε για 1,3 δισεκατομμύρια και 1.400 εκατομμύρια χρόνια για να φθάσει στη Γη, αντίστοιχα.


Αυτός ο χάρτης του νυχτερινού ουρανού δείχνει τη θέση των τριών επιβεβαίωσε τις συγχωνεύσεις μαύρων οπών εντοπιστεί από το πείραμα της βαρύτητας κυμάτων LIGO, καθώς και ένα τέταρτο, ανεπιβεβαίωτες εκδήλωση. Η πιο πρόσφατη ανίχνευση είναι χαρακτηρισμένα GW170104. LIGO μπορεί να εντοπίσει μόνο την πηγή ενός βαρυτικού σήματος κύματος σε μια αρκετά μεγάλη περιοχή για τον ουρανό. Όταν περισσότερους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων έρθει σε απευθείας σύνδεση, τα εν λόγω πειράματα θα είναι σε θέση να βοηθήσει ΛΙΓΟ περιορίσετε την πηγή του σήματος.Credit: LIGO / Caltech / MIT / Λέων Singer (Milky Way εικόνα: Axel Mellinger)

Επειδή οι μαύρες τρύπες δεν εκπέμπει κανένα φως της δικής τους (ή να αντανακλούν το φως από άλλες πηγές), είναι ουσιαστικά αόρατο στο φως με βάση τηλεσκόπια, εκτός κανονική ύλη γύρω από το ξενοδοχείο δημιουργεί μια δευτερεύουσα πηγή φωτός. Οι μαύρες τρύπες με μάζα μεταξύ 20 και 100 ηλιακών μαζών δεν αναμένεται να έχουν πολύ, αν υπάρχουν, κανονική ύλη γύρω τους ακτινοβολεί το φως, και μαύρες τρύπες σε αυτό το εύρος μάζας που δεν είχαν παρατηρηθεί από τους αστρονόμους πριν από την ΛΙΓΟ για τρεις discoveries.However, και με τις δύο προηγούμενες ανιχνεύσεις, ο ανιχνευτής LIGO δεν μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια όπου η νεοσυσταθείσα μαύρη τρύπα βρίσκεται. Αντίθετα, τα δεδομένα περιορίζει μόνο την πηγή του σήματος σε μια έκταση περίπου 1.200 τετραγωνικών βαθμούς. (Δείτε τον χάρτη του ουρανού από πάνω για να δείτε την περιοχή από την οποία θα μπορούσε να έρθει το σήμα.)

Αλλά τα βαρυτικά κύματα έρχονται απευθείας από τις μαύρες τρύπες. Αυτό ανοίγει μια νέα σφαίρα του σύμπαντος που είναι ορατή σε ένα όργανο όπως το LIGO, η οποία σχεδιάστηκε για να ανιχνεύσει τα κύματα βαρύτητας, αλλά αόρατα σε άλλα τηλεσκόπια. Οι τρεις συγχωνεύσεις που ΛΙΓΟ δεν ανιχνεύονται επιβεβαιώνουν μόνο την ύπαρξη των μαύρων τρυπών σε αυτό το εύρος μάζας, αλλά και να αποδείξει ότι είναι αρκετά κοινά σε όλο το σύμπαν, σύμφωνα με τα μέλη της συνεργασίας. [ Εικόνες: μαύρες τρύπες του Σύμπαντος ]

Δείτε το γύρισμα




Χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει τις φυσικές στρεβλώσεις που προκαλούνται από περνώντας κύματα βαρύτητας. Δείτε πώς το παρατηρητήριο LIGO κυνηγά βαρυτικά κύματα σε αυτό το Space.com infographic .Credit: Με Karl Tate, Infographics Artist

Στα δεδομένα από τη νέα ανίχνευση, οι επιστήμονες ΛΙΓΟ κατάφερε να μαζέψει λίγο πληροφορίες για το γύρισμα των δύο μαύρες τρύπες. Αυτά τα στοιχεία θα μπορούσαν να υπαινίσσονται γιατί οι μαύρες τρύπες εκκαθάριση συντρίβεται σε κάθε άλλη, τα μέλη συνεργασίας LIGO είπε.



Οι μαύρες τρύπες περιστρέφονται σε άξονες τους, ακριβώς όπως η Γη, οι περισσότεροι πλανήτες και τα περισσότερα φεγγάρια κάνουμε. Οι αστρικές μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι σχηματίζονται όταν τεράστια άστρα ξεμείνει από καύσιμα και κατάρρευσης. Αν δύο τεράστια αστέρια ζουν σε ένα «δυαδικό» σύστημα, που κατά κανόνα θα περιστρέφονται κατά μήκος του ίδιου άξονα, όπως και δύο κορυφές γυρίζοντας ένα δίπλα στο άλλο στο έδαφος. Όταν αυτά τα αστέρια να γίνουν μαύρες τρύπες, που θα περιστρέφονται επίσης κατά μήκος του ίδιου άξονα, οι ερευνητές είπε σε μια δήλωση από το Caltech.

Αλλά αν οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται σε διάφορες περιοχές της ένα αστρικό σμήνος και να έρθουν μαζί αργότερα, δεν μπορούν να περιστρέφονται κατά μήκος του ίδιου άξονα. Αυτά τα ευθυγραμμισμένα περιστροφές θα επιβραδύνει τη συγχώνευση, δήλωσε η Laura Cadonati, ο αναπληρωτής εκπρόσωπος του ΛΙΓΟ Επιστημονική Συνεργασία και αναπληρωτής καθηγητής της Φυσικής στο Georgia Institute of Technology.

«Στην ανάλυσή μας, δεν μπορούμε να μετρήσει περιστροφές των ατομικών μαύρες τρύπες πολύ καλά, αλλά μπορεί να πει αν είναι γενικά γυρίζοντας προς την ίδια κατεύθυνση», δήλωσε ο Cadonati κατά τη διάρκεια είδηση ​​χθεσινή τηλεδιάσκεψη. Τα δεδομένα LIGO δεν παρέχει μια ισχυρή απόφαση για το εάν οι περιστροφές των μαύρων οπών ήταν ευθυγραμμισμένες ή ευθυγραμμισμένα. Οι συγγραφείς της νέας έρευνας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα στοιχεία «disfavors» την ίδια συνδεσμολογία περιστροφή του άξονα μαύρη τρύπα, σύμφωνα με την εφημερίδα, η οποία έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters.

«Αυτή είναι η πρώτη φορά που έχουμε στοιχεία ότι οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να ευθυγραμμιστούν, να μας δώσει μόνο ένα μικρό υπαινιγμό ότι η δυαδική μαύρες τρύπες μπορεί να σχηματιστεί μέσα σε πυκνά αστρικά σμήνη,» Bangalore Sathyaprakash, ερευνητής στο Pennsylvania State University και το Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ και ένα από τα μέλη συνεργασίας LIGO που επιμελήθηκε το νέο έγγραφο, σύμφωνα με την ανακοίνωση από το Caltech.

Φυσικά, συγχωνεύσεις μαύρη τρύπα θα μπορούσε να προκύψει και από τις δύο σενάρια. Για να πάρετε μια ιδέα από τα πιο κοινά ιστορία προέλευσης για την ηλιακή μάζα συγχωνεύσεις μαύρων οπών, LIGO επιστήμονες θα χρειαστεί περισσότερα από τρία παραδείγματα για μελέτη.

στατιστικές των μαύρων οπών

Αυτή η προσομοίωση της συγχώνευσης των μαύρων οπών είναι σύμφωνη με πιο πρόσφατη παρατήρηση ΛΙΓΟ για μια μαύρη τρύπα συγχώνευση. Η ισχύς της βαρυτικής κύματος υποδεικνύεται από την ανύψωση των ζωνών, καθώς και το χρώμα, με μπλε υποδεικνύοντας αδύναμα πεδία και κίτρινο, ισχυρά πεδία. Το πλάτος της βαρυτικής κύματος ανακλιμακωμένο κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης για να δείξει το σήμα κατά τη διάρκεια ολόκληρης animation. Τα μεγέθη των μαύρες τρύπες αυξήθηκε κατά έναν παράγοντα δύο. Το κάτω μέρος του πίνακα στο βίντεο δείχνει την βαρυτική κυματομορφή.Credit: Σ Ossokine / A. Buonanno / T. Dietrich (MPI για Βαρυτική Φυσική) / R. Haas (NCSA) / έργο SXS

Η ανακάλυψη των τριών συγχωνεύσεων αστρικές μαύρες τρύπες σε λιγότερο από δύο χρόνια δείχνει ότι το LIGO θα δούμε πολλά περισσότερα από αυτά τα είδη των εκδηλώσεων, Reitze είπε Space.com. Αλλά τρία γεγονότα δεν είναι ακόμη αρκετά για να γνωρίζουμε με βεβαιότητα ακριβώς πόσο συχνά ΛΙΓΟ θα αρχίσετε να βλέπετε αυτές τις συγκρούσεις των μαύρων οπών μία φορά την ευαισθησία του αυξάνεται. Η αισιόδοξη εκτίμηση που Reitze και άλλα μέλη συνεργασίας αναφέρω είναι μια ημέρα, αλλά ακόμη και οι απαισιόδοξες εκτιμήσεις είναι περίπου ένα μήνα. Αυτό σημαίνει ότι το LIGO θα μπορούσε να συλλέξει στοιχεία για δεκάδες έως εκατοντάδες συγχωνεύσεις μαύρων οπών σε τρία με πέντε χρόνια εργασιών. Με αυτή τη συλλογή των συγχωνεύσεων των μαύρων οπών, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να μάθουν για το γενικό πληθυσμό και όχι από μερικά άτομα.

Μια μεγάλη συλλογή από μαύρες τρύπες θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν στους επιστήμονες μια βαθύτερη ματιά στην θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Οι μαύρες τρύπες είναι «καθαρό χώρο-χρόνο», σύμφωνα με Reitze, πράγμα που σημαίνει ότι, ενώ θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί από την κανονική ύλη, την αλληλεπίδρασή τους με το σύμπαν έχει καμία από τις ιδιότητες της κανονική ύλη. Μάλλον, τα χαρακτηριστικά μιας μαύρης τρύπας περιγράφεται εξ 'ολοκλήρου από την άποψη του πώς η βαρύτητα της στημόνια χωροχρόνου ή επιρροές άλλα αντικείμενα.

Η θεωρία της σχετικότητας προέβλεψε την ύπαρξη του χωροχρόνου και βαρυτικών κυμάτων, έτσι ώστε η ανίχνευση LIGO του φαινομένου αυτού ήταν άλλη μια επιβεβαίωση ότι η θεωρία είναι ακριβείς. Αλλά η μελέτη των μαύρων οπών και βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν επίσης να αποκαλύψει ρωγμές σε αυτή τη θεωρία.

Για παράδειγμα, όταν το φως κύματα περνούν μέσω ενός μέσου όπως το γυαλί, μπορεί να καθυστερούν βασίζεται σε μήκος κύματος τους - μια διαδικασία που ονομάζεται διασπορά. Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι τα κύματα βαρύτητας δεν πρέπει να διασκορπίζονται καθώς ταξιδεύουν μέσα στο χώρο, και οι ερευνητές είδαν κανένα σημάδι της διασποράς σε νέα δεδομένα LIGO του.

Προς το παρόν, φαίνεται ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο. Αλλά ένα από τα πιο συναρπαστικά πράγματα που ΛΙΓΟ θα μπορούσαν δυνητικά να ανακαλύψουν είναι ένα ελάττωμα στη θεωρία, είπε Reitze. θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν άντεξε έλεγχο για περισσότερο από έναν αιώνα, αλλά επίσης δεν ταιριάζουν με τη θεωρία της κβαντικής μηχανικής. Η έλλειψη ενός προφανής σύνδεση μεταξύ της βαρύτητας (το οποίο γενικά περιγράφει το σύμπαν σε πολύ μεγάλες κλίμακες) και της κβαντομηχανικής (η οποία περιγράφει το σύμπαν σε πολύ μικρές κλίμακες) είναι ένα από τα πιο σημαντικά άλυτα προβλήματα στη φυσική. Το πρόβλημα δεν είναι πιθανό να πάει μακριά, εκτός αν αποδεικνύεται ότι υπάρχει κάποια ακόμα-άγνωστων γωνία σε ένα ή δύο από αυτές τις θεωρίες.

«Το ερώτημα είναι, πού κάνει [γενικής σχετικότητας] καταρρεύσει,» Reitze είπε, και θα τα δεδομένα του LIGO για τις μαύρες τρύπες παρέχουν το δικαίωμα εργαστήριο για να δοθεί απάντηση στο ερώτημα αυτό;

Η ανίχνευση ενός σήματος βαρυτικών κυμάτων είναι σημαντική για την ΛΙΓΟ διότι επιβεβαιώνει ότι το πείραμα «μετάβαση από την καινοτομία στην πραγματική επιστήμη βαρυτικών κυμάτων,» David Shoemaker, ένας εκπρόσωπος για την ΛΙΓΟ Επιστημονική Συνεργασία και ένας καθηγητής της φυσικής στο MIT, δήλωσε ο κατά τη διάρκεια της συνέντευξης Τύπου. Αυτό το μηχάνημα βαρυτικών κυμάτων κυνήγι έχει αποδειχθεί επισήμως την ικανότητά του να φωτίσει μια φορά-σκούρο τομέα του σύμπαντος.

Ακολουθήστε Calla Cofield @callacofield . Ακολουθήστε μας @Spacedotcom , το Facebook και το Google+ . Αρχικό άρθρο στο Space.com .
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...