Mitä ovat painovoima-aallot?
Gravitaatioaallot ovat muutoksia etenevässä gravitaatiokentässä
Polarisoitunut painovoima
Yleisessä suhteellisuusteoriassa, samoin kuin useimmissa muissa nykyaikaisissa, on osoitettu, että gravitaatioaallot syntyvät Gravitaatioaallot etenevät vapaasti avaruuden läpi valon nopeudella.Ne ovat hyvin pieniä ja vaikeita rekisteröidä.
Gravitaatioaallot havaittiin ensimmäisen kerran syyskuussa 2015 LIGO-observatorion kahdella kaksoisilmaisimella, jotka tallensivat gravitaatioaaltoja, jotka todennäköisesti johtuivat kahden mustan aukon yhteensulautumisestaja vielä yhden massiivisen pyörivän mustan aukon muodostuminen.
Mikä tahansa binääritähti, kun sen komponentit pyörivät yhteisen massakeskipisteen ympäri, menettääenergia (oletettavasti gravitaatioaaltojen emissioiden vuoksi) ja lopulta sulautuu yhdeksi.Mutta tavallisille, ei-kompakteille, binäärisille tähdille tämä prosessi kestää hyvin kauan, paljon kauemmin kuin maailmankaikkeuden todellinen ikä.
Jos kaksinkertainen kompakti järjestelmä koostuuneutronitähtiparit, mustat aukot tai molempien yhdistelmä, sulautuminen voi tapahtua muutamassa miljoonassa vuodessa. Ensinnäkin kohteet liikkuvat lähempänä toisiaan, ja niiden kiertorata lyhenee. Sitten loppuvaiheessa tapahtuu törmäys ja epäsymmetrinen gravitaatioromahdus. Tämä prosessi kestää murto-osan sekunnista, ja tänä aikana energiaa vapautuu painovoimasäteilyyn, joka joidenkin arvioiden mukaan on yli 50% järjestelmän massasta.
Kuinka painovoima aaltoja löytyy?
Gravitaatioaaltoja on melko vaikea havaita niiden heikkouden vuoksi. Niiden rekisteröintilaitteet ovat gravitaatioaaltoilmaisimia. Havaitsemisyrityksiä on tehty 1960-luvun lopulta lähtien.
Gravitaatioaallot, joiden amplitudi on havaittavissasyntyvät kaksoispulsarin romahtamisen aikana. Vastaavia tapahtumia tapahtuu galaksimme läheisyydessä noin kerran vuosikymmenessä. Gravitaatioteleskooppien ja -antennien voimakkaimmat ja yleisimmät gravitaatioaaltojen lähteet ovat katastrofeja, jotka liittyvät läheisten galaksien binäärijärjestelmien romahtamiseen. On odotettavissa, että lähitulevaisuudessa useita vastaavia tapahtumia vuodessa tallennetaan parannetuilla gravitaatioilmaisimilla, jotka vääristävät metriikkaa Maan läheisyydessä klo 10−21—10−23.
Kaksi kehoa, jotka liikkuvat kiertoradoilla yhteisen massakeskipisteen ympärillä
Uusia tapoja havaita gravitaatioaallot
Vuonna 2017 tutkijat, jotka tekivät kokeilunLaserinterferometrinen gravitaatioaaltojen observatorio (LIGO) voitti fysiikan Nobel-palkinnon ensimmäisestä suorasta gravitaatioaaltojen havaitsemisesta, joka syntyi kahden mustan aukon sulautumisesta noin 1,3 miljardin valovuoden päässä maasta. Tämän törmäyksen synnyttämät aallot rikkovat maailmankaikkeuden gravitaatioaaltotausta ja saavuttivat Maan.
Tällaisten kertaluonteisten voimakkaiden häiriöiden lisäksijonka astrofyysikot ovat jo oppineet korjaamaan, on niin sanottu gravitaatioaaltojen tausta - jatkuva gravitaatiosäteilyn virtaus, joka teorian mukaan pesee jatkuvasti maapalloa.
Toinen mahdollisuus tunnistaa taustagravitaatioaaltojen täyttäminen maailmankaikkeudessa on kaukojen pulssien tarkka tarkkuus - niiden pulssien saapumisaikojen analyysi, jotka muuttuvat tyypillisellä tavalla maan ja pulsarin välisen tilan läpi kulkevien gravitaatioaaltojen vaikutuksesta.
Vuodesta 2013 lähtien ajoituksen tarkkuuden arvioidaan olevanon nostettava noin yhdellä suuruusluokalla, jotta voidaan havaita tausta-aaltoja monista lähteistä universumissamme, ja tämä tehtävä voidaan ratkaista ennen vuosikymmenen loppua. Mutta gravitaatioaallon kulun pitäisi muuttaa hieman, muutaman nanosekunnin verran aikaa, jolloin nämä soihdut tallennetaan. Siten tarkkailemalla kaukaisten pulsareiden ajoitusta on teoriassa mahdollista havaita galaksin gravitaatioaallon tausta. Tämän vahvistavat NANOGrav-projektin alustavat tulokset.
Mitä uusia gravitaatioaaltoja tutkijat ovat löytäneet?
Tiedemiehet sanoivat pystyneensä havaitsemaan merkkejä jatkuvasta gravitaatiosäteilystä, joka kulkee universumin läpi ja vääristää aika-avaruuden kudosta.
Löysimme tietojoukostamme vahvan signaalin. Emme voi vielä sanoa, että nämä ovat taustagravitaatioaaltoja, mutta tavoitteemme lähestyy.
Joseph Simon, astrofyysikko ja paperin johtava kirjoittaja
Kirjoittajien mukaan mikään muu observatoriopystyvät havaitsemaan taustan painovoima-aallot, koska ne keskittyvät etsimään kertaluonteisia, useita sekunteja kestäviä tapahtumia. Osana koketta tutkijat ovat seuranneet 45 pulsaria useiden vuosien ajan - ja ovat jo löytäneet merkkejä pienistä muutoksista niiden taajuudessa. Pulsareja voidaan verrata galaktisiin majakoihin, jotka ovat jatkuvasti samassa paikassa.
Etsimme aaltoja, jotka kestävät vuosia tai vuosikymmeniä.Teorian mukaan galaktiset sulautumiset ja muut kosmologiset tapahtumat aiheuttavat jatkuvan valtavien gravitaatioaaltojen purskahduksen. Kestää vuosia tai jopa kauemmin ennen kuin yksi tällainen aalto kulkee Maan ohi. Tästä syystä mikään muu olemassa oleva kokeilu ei pysty havaitsemaan niitä suoraan.
Joseph Simon, astrofyysikko ja paperin johtava kirjoittaja
Ohittavat painovoima-aallot muuttuvatvakaa pulsseista lähtevä valomalli, joka lisää tai supistaa suhteellisia etäisyyksiä, joita nämä säteet kulkevat avaruuden läpi. Toisin sanoen tutkijat voivat teoreettisesti havaita gravitaatioaaltojen taustan seuraamalla korrelaatiossa tapahtuneita muutoksia pulsarisäteilyn saapumisaikaan.
Mitä nämä painovoima-aallot tekevät?
Ohittavat gravitaatioaallot muuttuvatvakaa pulsareista tuleva valokuvio, joka lisää tai supistaa näiden säteiden suhteellisia etäisyyksiä avaruudessa. Toisin sanoen tutkijat voisivat teoriassa havaita gravitaatioaaltojen taustan seuraamalla korreloituja muutoksia pulsaarisäteilyn saapumisajoissa Maahan. Tämä ei kuitenkaan riitä lopullisten johtopäätösten tekemiseen. Siksi tähtitieteilijät ovat ilmoittaneet suunnitelmistaan luoda IPTA, instrumenttiverkosto, joka mahdollistaa tällaisten poikkeamien havaitsemisen useissa pulsareissa.
Gravitaatioaallon taustan havaitseminen oniso askel eteenpäin, mutta vasta ensimmäinen askel. Seuraava vaihe on niiden lähteiden löytäminen ja sitten kaikki uusi, mitä he voivat kertoa meille maailmankaikkeudesta.
Joseph Simon, astrofyysikko ja paperin johtava kirjoittaja
Lue lisää
Tutkimus: Ihmiset eivät kykene hallitsemaan superälyä tekoälykoneita
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille
Katso kauneimmat kuvat Hubbleista. Mitä kaukoputki on nähnyt 30 vuoden aikana?