Gravitationsbølger løfter sløret for kosmisk mørke

Det er officielt:Forskere har opdaget så mange gravitationsbølgesignaler, at de har brug for et særligt katalog for at holde styr. Men det er ikke alt. De har tilføjet fire ny opdagelser til optællingen, og et af disse signaler var a dobbelt rekord-breaker.

Inden vi fortæller dig om den dobbelte whammy, en opsummering:Den 14. september, 2015, Laserinterferometer Gravitationsbølgeobservatorium, eller LIGO, opdagede den første gravitationsbølgehændelse nogensinde forårsaget af kollisionen mellem to sorte huller, ligger 1,3 milliarder lysår væk. Denne nobelprisvindende afsløring var en stor ting. Det tog årtiers arbejde at bygge et avanceret observatorium, der var i stand til at registrere de små krusninger i rumtiden, der er forårsaget af nogle af de mest energiske begivenheder, der er udløst af universets mest massive objekter. Siden da, Jomfru -detektoren, i nærheden af ​​Pisa, Italien, har også fulgt disse begivenheder, øge præcisionen af ​​gravitationsbølgedetektioner.

LIGO og Jomfruen opdagede også den første (og, i øjeblikket, kun) neutronstjernefusion den 17. august, 2017.

Indtil nu, alle fusioner af sorte huller har været mellem sorte huller med stjernemasse, eller sorte huller, der sandsynligvis blev dannet efter massive stjerner, et par dusin gange massen af ​​vores sol, døde som supernovaer. Ved at tælle antallet af sorte hulkollisioner, Vi har åbnet et udsøgt vindue til, hvor ofte sorte huller med binær stjernemasse smelter sammen i vores univers. Det her, i forlængelse, giver et skøn over, hvor mange sorte huller med stjernemasse der lurer derude. Vores nuværende detektorer, imidlertid, ikke er udstyret til at opfange de gravitationsbølger, der produceres ved fusionerne af supermassive sorte huller.

Fra Einstein til Black Holes Going Bump in the Night

Albert Einstein forudsagde berømt eksistensen af ​​disse bølger i sin historiske generelle relativitetsteori for over 100 år siden, men det er først nu, teknologien har indhentet. Siden 2015 har fysikere har størknet Einsteins forudsigelser ved at opdage 11 hændelser (10 ved binære sorte huller og en ved binære neutronstjerner).

Du kan visualisere gravitationsbølger som krusninger, der genereres på overfladen af ​​en dam, efter at en sten er faldet i midten - stenen repræsenterer den energi, der genereres på tidspunktet for kollision mellem sorte huller (eller neutronstjerner), og damens todimensionelle overflade er en rå analogi af de tre dimensioner af rummet. Bølgerne formerer sig med lysets hastighed og jo mere massive de kolliderende objekter, jo mere energi der produceres og derfor jo kraftigere bølger. Da disse bølger risler gennem vores lille hjørne af universet, ekstremt følsomme gravitationsbølgeinterferometre (som LIGO og Jomfruen) kan registrere en lille rumtidsforskydning, når bølgerne passerer igennem vores planet. Hvad mere er, fysikere kan analysere disse bølger for at tyde arten af ​​de kolliderende objekter, såsom hvor massive de var, og hvor hurtige de snurrede, før de smadrede sammen.

Det er for tidligt at sige, at gravitationsbølge -astronomi er "rutine, "men efterhånden som der bygges flere observatorier rundt om i verden, vi bliver bedre til at lokalisere bølgernes oprindelse (placeringen på himlen af ​​de kolliderende massive objekter) og opfange svagere (og derfor mere fjerne og mindre energiske) begivenheder.

"På bare et år, LIGO og VIRGO arbejder sammen har dramatisk avanceret gravitationsbølge videnskab, og opdagelseshastigheden tyder på, at de mest spektakulære fund endnu mangler, "sagde Denise Caldwell i en erklæring. Caldwell er direktør for National Science Foundations afdeling for fysik.

Og, som vi nævnte, nogle af disse nye opdagelser vil være rekordhugger, ligesom GW170729, et af de nyligt annoncerede signaler, der fandt sted den 29. juli, 2017. Dette signal blev genereret ved kollision og sammenlægning af to sorte huller, der skabte et enkelt sort hul 80 gange massen af ​​vores sol. Sammenstødet skete i en fjern galakse for cirka 5 milliarder år siden. Dette gør GW170729 til den mest massive og den mest fjerne sorte hulfusion fundet endnu.

Husk hvordan vi sagde jo større de sorte huller, jo mere energiske er deres kollision? I processen med at kollidere, denne sammenbrud af sorte huller konverterede fem solmasser af sort hulmasse til ren energi. Derfor var signalet stærkt nok til at ekko gennem universet, vaske over jorden 5 milliarder år senere. De tre andre nye (mindre og tættere) gravitationsbølgedetekteringer inkluderer signaler, der alle blev opdaget i 2017 den 9. august, 18 og 23 - de har fået navnet GW170809, GW170818, henholdsvis GW170823. Disse nye opdagelser er detaljeret i to undersøgelser, der blev offentliggjort på fortryktjenesten arXiv.

Kun begyndelsen

Sorte huller er nogle af de mest gådefulde objekter i universet. Vi ved, at de er derude, og nu har vi endda direkte målinger fra deres fusioner via de gravitationelle krusninger, de skaber, men mange mysterier er tilbage. Et af de største fund, der kommer fra denne seneste batch af opdagelser, er, at astrofysikere kan estimere, for første gang, at alle sorte huller med stjernemasse skal være mindre end 45 gange vores sols masse, når de kommer ud af deres supernovaer.

"Gravitationsbølger giver os en hidtil uset indsigt i befolkningen og egenskaber ved sorte huller, "sagde postdoktor Chris Pankow i en erklæring fra Northwestern University og Center for Tværfaglig Udforskning og Forskning i Astrofysik (CIERA)." Vi har nu et skarpere billede af både hvor ofte stjernemasse binære sorte huller smelter sammen, og hvad deres masser er. Disse målinger vil yderligere sætte os i stand til at forstå, hvordan de mest massive stjerner i vores univers fødes, leve og dø. "

Og gæt hvad? Dette er kun begyndelsen. Flere gravitationsbølgeobservatorier planlægges rundt om i verden (og i rummet), og eksisterende detektorer undergår følsomhedsopgraderinger.

Alt tyder på, at det nye gravitationsbølgekatalog vil vokse hurtigt i de kommende år, skinner et lys over de mørke begivenheder, der finder sted længst ude i den kosmiske vidde.

Både LIGO og Virgo har gennemført deres første to kørsler siden 2015. Et tredje observationsløb er planlagt til at begynde i begyndelsen af ​​2019, efter at yderligere opgraderinger til deres ultrafølsomme interferometre er gennemført.