Gravitationsbølger opdaget for tredje gang,

For tredje gang, forskere har fundet en rumlen rumlen forårsaget af en voldsom kollision mellem to sorte huller. Laserinterferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) foretog detektionen, fastslå, at de to sorte huller fusionerede for at skabe et stort sort hul i en galakse cirka 3 milliarder lysår væk.

"Vi har observeret - den 4. januar, 2017-endnu en massiv sort hul-sort hul binær koalescens; spiral og sammensmeltning af sorte huller 20 og 30 gange massen af ​​vores sol, "Dave Shoemaker, en senior forsker, der arbejder ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og talsmanden for LIGO Scientific Collaboration, fortalte journalister under en særlig nyheds briefing onsdag (31. maj).

Denne gigantiske sorte hul -smashup skabte et endnu mere massivt snurrende sort hul, cirka 49 gange massen af ​​vores sol. På et øjeblik, den tilsvarende masse, der er dobbelt så stor som vores sol, blev konverteret direkte til gravitationsbølger - producerer kortvarigt mere energi end al den energi, der udstråles som lys af alle galakser i universet på et hvilket som helst tidspunkt, LIGO -forskere siger.

Detaljer om opdagelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters.

Tredje gang er en charme

Efter mange års planlægning, udvikling og konstruktion, LIGO tog sine første observationer i 2002. Dog, det var først den 14. september, 2015, at den første historiske påvisning af gravitationsbølger - en begivenhed kaldet "GW150914" - blev foretaget. Det skete, efter at LIGO gennemgik opgraderinger (kendt som Advanced LIGO) for at øge dens følsomhed. Derefter, en anden detektion ("GW151226") fulgte et par måneder senere i december, bekræfter, at den første opdagelse ikke var tilfældig.

Nu, LIGO Scientific Collaboration - som består af over tusinde forskere rundt om i verden - har bekræftet tredje gravitationsbølgedetektion ("GW170104"), hvilket betyder, at vi står foran en helt ny slags astronomi.

Alle de hidtil opdagede gravitationsbølger er skabt ved kollision af sorte huller med stjernemasse i forskellige størrelser. Det er sorte huller, der er et par til et par dusin gange massen af ​​vores sol, der sandsynligvis blev dannet af meget massive stjerners død, efter at de var løbet tør for brændstof og eksploderede som supernovaer for milliarder af år siden. Advanced LIGO har nået et skillevej i vores gravitationsbølgesøgning, endelig nå en følsomhed, der kan registrere, når meget fjerne sorte huller støder sammen, skaber svage gravitationsbølger, som vi nu ved, fylder vores univers.

Begivenhederne i 2015 blev forårsaget af fusioner, der skabte sorte huller 62 og 21 solmasser i galakser 1,3 og 1,4 milliarder lysår væk, henholdsvis. (Bemærk:Når gravitationsbølger bevæger sig med lysets hastighed, skete disse fusioner 1,3 og 1,4 milliarder år siden .) Denne seneste opdagelse stammer fra en fusion, der skabte et sort hul med 49 solmasser (endnu et "tungt" sort hul som det første), men fusionen skete mere end dobbelt så langt væk end tidligere begivenheder.

"Det betyder, at vi nu har en anden kandidat i kategorien" tunge "sorte huller, "siger Bangalore Sathyaprakash, fra Penn State og Cardiff University og medlem af LIGO Scientific Collaboration.

Dette er vigtigt, da før LIGO foretog sin første detektion (et 62 hulmasse i sortmasse) og det seneste (et sort hul på 49 solmasser), der var ingen observationsbeviser for, at disse store sorte huller overhovedet fandtes. Dette er en utrolig tidlig opdagelse. Forskere har afsløret en helt ny type stort sort hul på kun tre detektioner.

Tingene er ved at blive endnu mere spændende, da LIGO gennemgår flere planlagte opgraderinger, og andre observatorier slutter sig til jagten på gravitationsbølger.

"Vi bør forvente at se en binær fusionshændelse om dagen, når LIGOs designede følsomhed er nået, "siger Sathyaprakash.

Et astrofysisk laboratorium

Når gravitationsbølger detekteres, kan betingelserne for de kolliderende sorte huller på tidspunktet for fusionen studeres.

"I vores analyse, vi kan ikke måle spinnene i de enkelte sorte huller særlig godt, men vi kan se, om de sorte huller generelt drejer i samme retning som kredsløbets bevægelse, "siger astrofysiker Laura Cadonati, LIGO Scientific Collaboration stedfortræder fra Georgia Tech.

Men en idé om det enkelte sorte huls rotation i forhold til hinanden kan findes ved at studere "fingeraftryk" af tyngdebølgesignalet, siger Cadonati.

Teoretiske modeller for sammensmeltning af sorte huller indikerer, at hvis de to sorte hullers spins ikke er justeret, den fusionerende hændelse vil ske hurtigere, end hvis spins er justeret. Også, yderligere forstyrrelser i signalet forudsiges, da to spin-justerede sorte huller kommer tæt på og begynder at flette.

Spin-justerede sorte huller var sandsynligvis søskende stjerner. Begge ville være blevet født af massive stjerner, der udviklede sig i umiddelbar nærhed på gamle stjernefabrikker som et binært par, til sidst dø som supernovaer.

Men i denne seneste begivenhed, fusionen skete relativt hurtigt, og der blev ikke observeret yderligere svingninger, hvilket betyder, at de to sorte huller var sandsynlige ikke spin-justeret og formodentlig ikke sammen. Dette giver et fingerpeg om deres oprindelse:I stedet for at blive dannet af søskende binære stjerner, de var fremmede og udviklede sig uafhængigt, drivende mod hinanden i midten af ​​en tæt stjerneklynge, hvor de til sidst fusionerede.

"Dette har konsekvenser for astrofysik ... mens vi ikke med sikkerhed kan sige, dette fund favoriserer sandsynligvis teorien om, at disse to sorte huller dannes separat i en tæt stjerneklynge, sank til kernen af ​​klyngen og derefter parret op, snarere end at blive dannet sammen af ​​sammenbruddet af to allerede parrede stjerner, "tilføjer Cadonati.

Som sorte huller er gravitationsmonstre, de er styret af Einsteins generelle relativitet, så ved at studere de gravitationsbølger, de producerer, når de støder sammen, forskere kan også studere bølgerne for en effekt kendt som "dispersion". For eksempel, når lyset bevæger sig gennem et prisme, de forskellige bølgelængder vil bevæge sig med forskellige hastigheder gennem glasset. Dette forårsager spredning i lysstrålen - dette er mekanismen, der skaber en regnbue.

Generel relativitet forbyder spredning fra gravitationsbølger, imidlertid. Dette seneste signal rejste hen over rekordstore 3 milliarder lysår af rumtid for at nå Jorden, og LIGO registrerede ingen dispersionseffekter.

"Det ser ud til, at Einstein havde ret - selv for denne nye begivenhed, som er cirka to gange længere væk end vores første opdagelse, "siger Cadonati i en erklæring." Vi kan ikke se nogen afvigelse fra forudsigelserne om generel relativitet, og denne større afstand hjælper os med at komme med den erklæring med større tillid. "

Et nyt vindue til 'Dark Universe'

Einsteins berømte teori om generel relativitet forudsiger eksistensen af ​​gravitationsbølger, men det har taget menneskeheden over et århundrede at udvikle den teknologiske knowhow til at bygge en detektor, der er følsom nok til at opfatte dem. Når der opstår en energisk begivenhed (som en fusion af et sort hul eller en neutronstjernekollision), rumtiden bliver voldsomt forstyrret, og energi føres væk fra begivenheden i form af gravitationsbølger - som krusninger, der bevæger sig over vandets overflade efter at have tabt en rullesten i en dam.

Men for at opdage disse bølger, astronomer skal bygge et observatorium, der kan opdage utroligt små svingninger i rummet i rumtiden, når disse bølger bevæger sig gennem vores planet. Gravitationsbølger er ikke en del af det elektromagnetiske spektrum; de kan ikke detekteres af almindelige teleskoper, der kun er følsomme over for lys.

For at åbne vinduet til dette "mørke univers, "fysikere bygger gravitationsbølgedetektorer som LIGO, der afspejler utroligt præcise lasere langs 2,5 kilometer lange (4 kilometer lange)" L "-formede tunneler. Disse tunneler er afskærmet mod ydre vibrationer forårsaget af vind, Trafik, tektonisk aktivitet og anden terrestrisk interferens. Gennem en metode kendt som laserinterferometri, afstanden mellem de reflekterende spejle inde i tunnelen kan måles med en meget høj præcision. Skulle en gravitationsbølge rejse gennem vores planet, en lille ændring i afstand kan registreres af interferometeret - dette repræsenterer den lille klemning og strækning af rumtiden, der opstår, når gravitationsbølger formerer sig.

Det er som om, at fysikere har skabt et virtuelt tripwire, der giver os besked, når en usynlig tyngdekraftsbølge -ubuden gæst rumler lokal rumtid.

En detektor er ikke nok til at bekræfte en gravitationsbølgehændelse, imidlertid. I tilfælde af LIGO, en detektor er placeret i Hanford, Washington, og en anden er placeret i Livingston, Louisiana - adskilt af 1, 865 miles (3, 002 kilometer). Først når den samme hændelse opdages af begge steder, kan forskere bekræfte et gravitationsbølgesignal. To detektorer kan endda bestemme en grov retning for, hvor bølgen bevæger sig fra, men hvis der tilføjes flere detektorer til netværket, astronomer håber i sidste ende at kunne fastslå, med stigende præcision, hvor de stammer fra.

Flere gravitationsbølgeobservatorier er planlagt, og den europæiske jomfru -detektor, ligger i nærheden af ​​Pisa, Italien, er i øjeblikket under idriftsættelse. Når online, Jomfruen vil blive brugt i forbindelse med LIGO til at øge gravitationsbølgernes observationsevne og muliggøre en bedre lokalisering af de kosmiske begivenheder, der forårsager signalerne.

Nu hvor eksistensen af ​​gravitationsbølger er blevet bekræftet, og astronomer opdager flere fusioner af sorte huller, vi går ind i en ny æra for astronomi. Dette er gravitationsbølge -astronomi, hvor det mørke univers endelig vil blive afsløret.

Inden LIGO kom, Røntgenobservatorier havde skelnet nogle mindre stjernemasse sorte huller ved at studere strålingen, der blev produceret af de overophedede akkretionsdiskgasser, der omgiver dem.