Vad är gravitationsvågor?
Gravitationsvågor är förändringar i gravitationsfältet som utbreder sig
Polariserad gravitationsvåg
I den allmänna relativitetsteorin, såväl som iDe flesta andra moderna indikerar att gravitationsvågor uppstår från rörelsen av massiva kroppar med variabel acceleration. Gravitationsvågor fortplantar sig fritt i rymden med ljusets hastighet. De är väldigt små i storlek och svåra att registrera.
Gravitationsvågor upptäcktes försti september 2015, två dubbla detektorer från LIGO-observatoriet, som upptäckte gravitationsvågor som troligen är ett resultat av sammanslagningen av två svarta hål och bildandet av ytterligare ett massivt roterande svart hål.
Vilken dubbelstjärna som helst när dess komponenter roterarrunt ett gemensamt masscentrum förlorar den energi (som antagits - på grund av utstrålning av gravitationsvågor) och smälter så småningom samman. Men för vanliga, icke-kompakta dubbelstjärnor tar denna process mycket lång tid, mycket längre än universums nuvarande ålder.
Om det dubbla kompakta systemet består avpar neutronstjärnor, svarta hål eller en kombination av båda kan sammanslagningen inträffa på några miljoner år. Först närmar sig föremålen och deras omloppstid minskar. Sedan, i slutskedet, är det en kollision och en asymmetrisk gravitationskollaps. Denna process varar en bråkdel av en sekund, och under denna tid frigörs energi till gravitationell strålning, som enligt vissa uppskattningar är mer än 50% av systemets massa.
Hur hittas gravitationsvågor?
Det är ganska svårt att upptäcka gravitationsvågor på grund av deras svaghet. Enheterna för att registrera dem är gravitationsvågsdetektorer. Detekteringsförsök har gjorts sedan slutet av 1960-talet.
Gravitationsvågor med detekterbar amplitudföds under kollapsen av en dubbelpulsar. Liknande händelser inträffar i närheten av vår galax ungefär en gång per decennium. De starkaste och vanligaste källorna till gravitationsvågor för gravitationsteleskop och antenner är katastrofer förknippade med kollapsen av binära system i närliggande galaxer. Det förväntas att inom en snar framtid kommer flera liknande händelser per år att registreras på förbättrade gravitationsdetektorer, vilket förvränger metriken i jordens närhet med 10−21–10−23.
Två kroppar som rör sig i cirkulära banor runt ett gemensamt masscentrum
Nya sätt att upptäcka gravitationsvågor
År 2017 gjorde forskare som genomförde ett experiment underLaserinterferometrisk gravitationell vågobservatorium (LIGO) vann Nobelpriset i fysik för den första direkta upptäckten av gravitationsvågor som producerades genom sammanslagning av två svarta hål cirka 1,3 miljarder ljusår från jorden. Vågorna som genererades av denna kollision stred mot universums gravitationsvågbakgrund och nådde jorden.
Förutom sådana engångsstarka störningar,som astrofysiker redan har lärt sig fixa, det finns en så kallad bakgrund av gravitationsvågor - ett konstant flöde av gravitationsstrålning, som enligt teorin ständigt tvättar jorden.
Ytterligare en möjlighet att upptäcka bakgrundenav gravitationella vågor som fyller universum är en högprecisions timing av avlägsna pulsarer - en analys av tidpunkten för ankomst av deras pulser, som förändras på ett karakteristiskt sätt under inverkan av gravitationsvågor som passerar genom utrymmet mellan jorden och pulsaren.
Från och med 2013 beräknas tidsprecisionen varamåste höjas med ungefär en storleksordning för att kunna upptäcka bakgrundsvågor från många källor i vårt universum, och denna uppgift kan lösas före slutet av decenniet. Men passagen av en gravitationsvåg bör något, med några nanosekunder, ändra tidpunkten då dessa flare registreras. Genom att noggrant spåra timingen för avlägsna pulsarer är det alltså teoretiskt möjligt att detektera galaxens gravitationsvågbakgrund. Detta bekräftas av preliminära resultat från NANOGrav-projektet.
Vilka nya gravitationsvågor har forskare hittat?
Forskare sa att de kunde upptäcka tecken på konstant gravitationsstrålning som passerar genom universum och förvränger rum-tidens struktur.
Vi hittade en stark signal i vår datauppsättning. Vi kan ännu inte säga att dessa är gravitationsvågor i bakgrunden, men vårt mål närmar sig.
Joseph Simon, astrofysiker och huvudförfattare till tidningen
Enligt författarna, ingen annan observatoriumkunna upptäcka gravitationella vågor i bakgrunden, eftersom de är inriktade på att söka efter engångshändelser som varar flera sekunder. Som en del av experimentet har forskare spårat 45 pulser under flera år - och har redan hittat tecken på små förändringar i frekvensen. Pulsarer kan jämföras med galaktiska fyrar som ständigt finns på samma plats.
Vi letar efter vågor som varar i år eller årtionden.Enligt teorin orsakar galaktiska sammanslagningar och andra kosmologiska händelser en konstant explosion av enorma gravitationsvågor. Det tar år eller till och med längre för en sådan våg att passera jorden. Av denna anledning kan inga andra existerande experiment upptäcka dem direkt.
Joseph Simon, astrofysiker och huvudförfattare till tidningen
De förbipasserande tyngdkraftsvågorna förändrasett stabilt ljusmönster som härrör från pulser, vilket ökar eller drar ihop de relativa avstånden som dessa strålar färdas genom rymden. Med andra ord kan forskare teoretiskt upptäcka bakgrunden av gravitationsvågor genom att spåra korrelerade förändringar i ankomsttiden för pulsarstrålning till jorden.
Vad gör dessa gravitationsvågor?
Passerande gravitationsvågor förändrasett stabilt mönster av ljus som kommer från pulsarer, vilket ökar eller komprimerar de relativa avstånden som dessa strålar färdas genom rymden. Med andra ord kunde forskare teoretiskt upptäcka bakgrunden av gravitationsvågor genom att spåra korrelerade förändringar i ankomsttiderna för pulsarstrålning på jorden. Detta är dock inte tillräckligt för definitiva slutsatser. Därför har astronomer meddelat planer på att skapa IPTA, ett nätverk av instrument som kommer att göra det möjligt att upptäcka sådana avvikelser för ett stort antal pulsarer.
Detektering av gravitationsvågens bakgrund kommer att varaett stort steg framåt, men bara ett första steg. Nästa steg blir upptäckten av deras källor, och sedan - allt nytt som de kan berätta om universum.
Joseph Simon, astrofysiker och huvudförfattare till tidningen
Läs mer
Forskning: människor kommer inte att kunna kontrollera superintelligenta AI-maskiner
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda
Kolla in de vackraste bilderna på Hubble. Vad har teleskopet sett på 30 år?