Gravitationsbølger efterlader et spor, der kan spores, siger fysikere

Gravitationsbølger, første gang opdaget i 2016, tilbyde et nyt vindue på universet, med potentiale til at fortælle os om alt fra tiden efter Big Bang til nyere begivenheder i galaksecentre.

Og mens den milliard-dollar Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)-detektor holder øje med 24/7 for gravitationsbølger at passere gennem Jorden, ny forskning viser, at disse bølger efterlader masser af "minder", der kunne hjælpe med at opdage dem, selv efter de er passeret.

"At gravitationsbølger kan efterlade permanente ændringer til en detektor, efter at gravitationsbølgerne er passeret, er en af ​​de ret usædvanlige forudsigelser af den generelle relativitetsteori, " sagde ph.d.-kandidat Alexander Grant, hovedforfatter af "Persistent Gravitational Wave Observables:General Framework, " udgivet 26. april i Fysisk gennemgang D .

Fysikere har længe vidst, at gravitationsbølger efterlader en hukommelse på partiklerne langs deres vej, og har identificeret fem sådanne minder. Forskere har nu fundet yderligere tre eftervirkninger af passeringen af ​​en gravitationsbølge, "vedvarende gravitationsbølge observerbare", der en dag kunne hjælpe med at identificere bølger, der passerer gennem universet.

Hver ny observerbar, Grant sagde, giver forskellige måder at bekræfte den generelle relativitetsteori på og giver indsigt i gravitationsbølgernes iboende egenskaber.

Disse ejendomme, sagde forskerne, kunne hjælpe med at udtrække information fra den kosmiske mikrobølgebaggrund - den stråling, der er tilbage fra Big Bang.

"Vi havde ikke forudset rigdommen og mangfoldigheden af ​​det, der kunne observeres, " sagde Éanna Flanagan, Edward L. Nichols professor og formand for fysik og professor i astronomi.

"Det, der var overraskende for mig ved denne forskning, er, hvordan forskellige ideer nogle gange uventet var forbundet, " sagde Grant. "Vi overvejede en lang række forskellige observerbare ting, og fandt ud af, at man ofte ved om en, du skulle have forståelse for den anden."

Forskerne identificerede tre observerbare ting, der viser virkningerne af gravitationsbølger i et fladt område i rumtid, der oplever et udbrud af gravitationsbølger, hvorefter den atter vender tilbage til at være en flad region. Den første observerbare, "kurveafvigelse, "er hvor meget to accelererende observatører adskiller sig fra hinanden, sammenlignet med, hvordan observatører med de samme accelerationer ville adskilles fra hinanden i et fladt rum uforstyrret af en gravitationsbølge.

Den anden observerbare, "holonomi, " fås ved at transportere information om en partikels lineære og vinkelmomentum langs to forskellige kurver gennem gravitationsbølgerne, og sammenligne de to forskellige resultater.

Den tredje ser på, hvordan gravitationsbølger påvirker den relative forskydning af to partikler, når en af ​​partiklerne har et iboende spin.

Hver af disse observerbare er defineret af forskerne på en måde, der kunne måles af en detektor. Detektionsprocedurerne for kurveafvigelse og de roterende partikler er "relativt ligetil at udføre, " skrev forskerne, kræver kun "et middel til at måle adskillelse og for observatørerne at holde styr på deres respektive accelerationer."

Det ville være vanskeligere at opdage den observerbare holonomi, de skrev, "kræver to observatører til at måle rumtidens lokale krumning (potentielt ved selv at bære små gravitationsbølgedetektorer rundt)." I betragtning af den størrelse, der er nødvendig for, at LIGO kan detektere selv en gravitationsbølge, evnen til at opdage holonomi observerbare er uden for rækkevidde af den nuværende videnskab, siger forskere.

"Men vi har allerede set en masse spændende ting med gravitationsbølger, og vi vil se meget mere. Der er endda planer om at placere en gravitationsbølgedetektor i rummet, der ville være følsom over for andre kilder end LIGO, " sagde Flanagan.