Lyn er slået to gange - måske tre gange - og forskere fra Laserinterferometer Gravitations-Wave Observatory, eller LIGO, håber, at dette bare er begyndelsen på en ny æra med forståelse af vores univers. Denne "lyn" kom i form af de undvigende, svære at opdage tyngdekraftsbølger, produceret af gigantiske begivenheder, såsom et par sorte huller, der kolliderede. Den energi, der frigives fra en sådan begivenhed, forstyrrer selve stoffets rum og tid, ligesom krusninger i en dam. Dagens meddelelse er det andet sæt gravitationsbølgerippler, der er opdaget af LIGO, efter den historiske første detektion, der blev annonceret i februar i år.
"Denne kollision skete for 1,5 milliarder år siden," sagde Gabriela Gonzalez fra Louisiana State University på en pressekonference for at meddele den nye opdagelse, "og med dette kan vi fortælle dig, hvor gravitationsbølges astronomien er begyndt."
LIGOs første detektion af tyngdekraftsbølger fra fusion af sorte huller fandt sted 14. september 2015, og det bekræftede en vigtig forudsigelse af Albert Einsteins generelle relativitetsteori fra 1915. Den anden detektion fandt sted den 25. december 2015 og blev registreret af begge af de to LIGO-detektorer.
Mens den første detektion af tyngdekraftsbølger, der blev frigivet ved den voldsomme sorte hulfusion, bare var en lille “kvitring”, der kun varede en femtedel af et sekund, var denne anden detektion mere af en “whoop”, der var synlig i et helt sekund i dataene. Lyt i denne video:
”Det er det, vi kalder gravitationens musik,” sagde González, da hun spillede videoen på dagens pressekonference.
Mens gravitationsbølger ikke er lydbølger, konverterede forskerne gravitationsbølgens svingning og frekvens til en lydbølge med samme frekvens. Hvorfor var de to begivenheder så forskellige?
Fra dataene konkluderede forskerne, at det andet sæt gravitationsbølger blev produceret i de sidste øjeblikke af fusionen af to sorte huller, der var 14 og 8 gange solens masse, og kollisionen frembragte et enkelt, mere massivt roterende sort hul 21 gange solens masse. Til sammenligning var de sorte huller, der blev opdaget i september 2015, 36 og 29 gange solens masse, og smeltede sammen i et sort hul på 62 solmasser.
Forskerne sagde, at gravitationsbølger med højere frekvens fra de sorte huller med lavere masse ramte LIGO-detektorernes ”søde stedet” af følsomhed.
”Det er meget vigtigt, at disse sorte huller var meget mindre massive end dem, der blev observeret ved den første detektion,” sagde Gonzalez. ”På grund af deres lettere masser sammenlignet med den første detektion, tilbragte de mere tid - cirka et sekund - i detektorernes følsomme bånd. Det er en lovende start til at kortlægge populationerne af sorte huller i vores univers. ”
LIGO giver forskere mulighed for at studere universet på en ny måde ved hjælp af tyngdekraft i stedet for lys. LIGO bruger lasere til præcist at måle placeringen af spejle, der er adskilt fra hinanden med 4 kilometer, cirka 2,5 mil, på to steder, der er over 3000 km fra hinanden, i Livingston, Louisiana og Hanford, Washington. Så LIGO registrerer ikke kollisionshændelsen med sort hul direkte, det registrerer strækningen og komprimeringen af selve rummet. Registreringerne hidtil er resultatet af LIGOs evne til at måle forstyrrelsen af rummet med en nøjagtighed på 1 del i tusind milliarder milliarder. Signalet fra den seneste begivenhed, kaldet GW151226, blev produceret ved, at materie blev omdannet til energi, som bogstaveligt talt rystede i rummet som Jello.
LIGO-teammedlem Fulvio Ricci, en fysiker ved University of Rome La Sapienzaa sagde, at der var en tredje “kandidat” -detektion af en begivenhed i oktober, som Ricci sagde, at han foretrækker at kalde en “trigger”, men det var meget mindre betydningsfuldt og signal til støj, der ikke er stor nok til officielt at regne som en detektion.
Men stadig, siger holdet, peger de to bekræftede detektioner på, at sorte huller er meget mere almindelige i universet end tidligere antaget, og de kan ofte komme parvis.
"Den anden opdagelse" har virkelig lagt 'O' til observatorium i LIGO, 'sagde Albert Lazzarini, viceadministrerende direktør for LIGO-laboratoriet i Caltech. ”Med detektioner af to stærke begivenheder i de fire måneder af vores første observationsløb, kan vi begynde at komme med forudsigelser om, hvor ofte vi måske hører tyngdekraftsbølger i fremtiden. LIGO bringer os en ny måde at observere nogle af de mørkeste, men alligevel mest energiske begivenheder i vores univers på. ”
LIGO er nu offline til forbedringer. Dens næste datatagningskørsel begynder dette efterår, og forbedringerne i detektorfølsomhed kunne give LIGO mulighed for at nå op til 1,5 til to gange mere af universets volumen sammenlignet med den første kørsel. Et tredje sted, Jomfruedetektoren, der ligger i nærheden af Pisa, Italien, med et design, der ligner de to LIGO-detektorer, forventes at komme online i løbet af sidste halvdel af LIGOs kommende observationsløb. Jomfru vil forbedre fysikernes evne til at lokalisere kilden til hver ny begivenhed ved at sammenligne forskellene i millisekundestørrelse i ankomsttidspunktet for indkommende tyngdekraftsbølgesignaler.
I mellemtiden kan du hjælpe LIGO-teamet med Gravity Spy borgervidenskabsprojekt gennem Zooniverse.
Kilder til videre læsning:
Pressemeddelelser:
University of Maryland
Northwestern University
West Virginia University
Pennsylvania State University
Fysiske gennemgangsbreve: GW151226: Observation af tyngdekraftsbølger fra en 22-solmasse binær sort hul coalescens
LIGO fakta side, Caltech
For en fremragende oversigt over tyngdekraftsbølger, deres kilder og deres opdagelse, se Markus Possels fremragende række artikler, som vi fremhævede på UT i februar:
