Astronomiya

Qravitasiya dalğası təhrifi

Qravitasiya dalğası təhrifi

Aşkarlanan cazibə dalğaları bir neçə milyon işıq ili uzaqlıqdakı qara dəliklərin birləşməsindən qaynaqlanır. Bu vaxta qədər səyahət etdikdən sonra dalğalar bizə çatsa da, bir çox qara dəliklə qarşılaşmış və qırılma / cazibə lens təsirlərindən sonra bizə çatmış olmalıdırlar. O zaman bu birləşən qara dəliklərin düzgün istiqamətinə necə qərar vermək olar?


LIGO tərəfindən bir neçə milyon işıq ili uzağında meydana gələn cazibə dalğaları çox uzaqda deyil. Chappo istifadəçisinin qeyd etdiyi kimi yer əsasən boşdur. Qravitasiya dalğaları kifayət qədər kütləvi və sıx bir səma cismi tərəfindən dağınıq və ya təhrif oluna bilsə də, baş vermə ehtimalı çox azdır. Texnologiyanın bu gün dalğaların narahat olduğu təqdirdə dalğaların haradan qaynaqlandığını təyin etmək üçün heç bir yolu olmadığına baxmayaraq, bu cür narahatlıq ehtimalı azdır. Beləliklə, LIGO tərəfindən aşkarlanan demək olar ki, bütün dalğaların əvvəlki mövqelərində izlənə biləcəyini söyləmək etibarlıdır.


Cazibə dalğaları işıq kimi cazibə obyektivlərindən təsirlənir. Əksər obyektiv hadisələri yox qara dəliklərdən, lakin oxşar kütlələrə sahib olan daha çox yayılmış obyektlərdən qaynaqlanır.

Uzaq qalaktikalardan, kvazarlardan və s.İlkin mənbələr (qalaktikalar qrupları) tərəfindən yönləndirilən işığın ən böyük əyilmə nümunələri bir arcminute ilə əlaqədardır (məs. Zitrin et al. 2014). Mövcud cazibə dalğa detektorları mənbələri bir neçə dərəcə də tapa bilmir. Beləliklə, mənbə yeri hazırda problem deyil.

Mənbə gücü ola bilər. Lensli bir qaynaq böyüdülə bilər və ya hətta fərqli vaxtlarda gələn birdən çox şəkilə bölünə bilər. Bu, cazibə dalğa mənbəyindən az qiymətləndirilən parlaqlıq məsafəsinə və kütləsinin həddən artıq qiymətləndirilməsinə səbəb olacaqdır.

Maraqlananlar üçün Oguri et al. (2018) cazibə obyektivinin qara dəlik ikili cazibə dalğa mənbələri üçün kütlə və qırmızı sürüşmə paylanmalarına təsirlərini göstərən geniş bir simulyasiya dəsti etdilər.

Nəticə budur ki, LIGO kimi detektorlar üçün, çox qiymətləndirilməmiş qırmızı sürüşmələr və həddən artıq qiymətləndirilmiş kütlələrlə yüksək dərəcədə böyüdülmüş hadisələrin (çox) kiçik bir quyruğu olmalıdır. Bunlar əsasən kütlələrdədir $> 40 M _ { odot} $ (bu da təxminən ikili əsas komponentin minimum kütləsidir) və indiyə qədər görülən LIGO hadisələrindən daha kütləvi.

Mənbə qırmızı sürüşmə funksiyası olaraq obyektivləşdirməyə "optik dərinlik" həmin sənədin 3-cü şəklində göstərilmişdir. Bunun göstərdiyi budur ki, hər hansı bir mənbənin güclü olma şansı ($>$ 10 faktoru və ya birdən çox şəkilə bölünməsi) obyektiv, milyard işıq ilinin tipik LIGO mənbə məsafələrində milyondan birdən azdır (0,1-dən az sürüşmə). Ancaq bu ehtimal gələcəkdə detektorlar tərəfindən araşdırıla bilən yüksək qırmızı sürüşmələrdə bir neçə dərəcə artıra bilər.


Qravitasiya dalğalarına qısa giriş

Cazibə dalğaları, Kainatdakı bəzi şiddətli və enerjili proseslərin səbəb olduğu kosmik zamandakı 'dalğalardır'. Albert Einstein 1916-cı ildə cazibə dalğalarının mövcudluğunu ümumi nisbilik nəzəriyyəsində proqnozlaşdırırdı. Einşteynin riyaziyyatı, kütləvi sürətləndirici cisimlərin (məsələn, neytron ulduzları və ya bir-birinin ətrafında dövr edən qara dəliklərin) məkan zamanını pozacağını, dalğalı məkan zamanının 'dalğalarının' mənbədən uzaqlaşacaq şəkildə yayılacağını göstərdi.

Bu kosmik dalğalar işıq sürətində hərəkət edir, özləri ilə birlikdə mənşəyi haqqında məlumat daşıyırdı və yerin cazibə qüvvəsinin təbiətinə dair ipuçlarını daşıyırdı. Cazibə dalğa astronomiyasında, cazibə dalğalarının mənbələri haqqında məlumat çıxarmaq üçün cazibə dalğalarının müşahidələrindən istifadə olunur. Bu şəkildə araşdırıla bilən mənbələr arasında ağ cırtdanlar, neytron ulduzları və qara dəliklərdən və fövqəlnövlər kimi hadisələrdən ibarət ikili ulduz sistemləri və Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra erkən kainatın meydana gəlməsi var.

Qravitasiya dalğalarının mənbələri

  • İkili
  • Qara dəlik ikili
  • Supernovalar
  • İplik neytron ulduzları
  • İnflyasiya

GW ABŞ-dan keçəndə nə baş verir

Qravitasiya dalğaları daim Yer üzündən keçir, hətta ən güclüləri də mənfi təsir göstərir və mənbələri ümumiyyətlə çox uzaqdadır. Məsələn, GW150914-un kataklizmik son birləşməsi nəticəsində verilən dalğalar, 4 km uzunluğunda bir LIGO qolunun uzunluğunu bir protonun eni ilə minin birinə dəyişdirən kosmik vaxtda bir dalğalanma şəklində bir milyard işıq ili keçdikdən sonra Yerə çatdı, Günəş Sistemi xaricindəki ən yaxın ulduzla məsafəni bir saç enində dəyişdirməyə nisbətdə bərabərdir.


1. İlk Qara Deliklər

Bəzi cəhətdən qara dəliklər sadə obyektlərdir. Kainatdakı bir nöqtə idarə edə biləcəyindən daha çox kütlə ilə başa çatdıqda, adi bir fizika qaydalarının pozulduğu sonsuz sıxlıq nöqtəsi - təklik təşkil edə bilər. İşığı keçən də daxil olmaqla çox yaxınlaşan heç bir şey cazibə qüvvəsindən qaça bilməz. Astronomların inandığı kimi, hər qara dəliyin mərkəzində bu cür təklik mövcuddur.

Məlum olan ən qədim qara dəlik, 13 milyard il əvvəl, Böyük Partlayışdan təxminən 690 milyon il əvvəl ortaya çıxdı, ancaq birincisi, daha əvvəl reallaşa bilərdi: Big Bang'in saniyəsinin bir hissəsində. (Nəzəriyyəçilər təlatümlü yeni doğulmuş kainatdakı yüksək sıxlıqlı bölgələr çökəndə meydana gəldiklərini düşünürlər.)

Mövcud olduqlarını fərz edərək bu böyük qara dəliklər, kütləvi bir ulduz nüvə yanacağını tükəndirdikdə və artıq öz çəkisinə tab gətirə bilməyəndə meydana çıxan ən yaygın çeşiddən fərqli olardı. Nəticədə normal “ulduz” qara dəliklər kainatın köklü xüsusiyyətləri sayılırkən, ilkin qara dəliklər yarım əsrdir hipotetik və sirli olaraq qalır. Ancaq cazibə dalğalarına güvənən yeni bir texnika onların varlığını ortaya qoya bilər.

Brown Universitetindən Astrofiziklər Savvas Koushiappas və Harvard Universitetindən Avi Loeb, ilkin qara deşikləri axtarmağın sadə bir yolu tapdılar. Qədim qara dəliklərin toqquşması nəticəsində meydana gələn cazibə dalğalarını axtarmağın, bu günkü ən yaxşı vasitə olduğunu düşünür.

İlk qara dəliklər ilk dəfə 1966-cı ildə rus alimləri Yakov Zeldoviç və İgor Novikov tərəfindən təklif edilmişdir. Stephen Hawking bu fikri təxminən beş il sonra daha da inkişaf etdirdi. Tədqiqatçılar o vaxtdan bəri ilkin qara dəliklərə dair dəlillər axtarırlar.

İkiqat ilk erkən kainatda ilkin qara dəliklərin mümkün olan yeganə növ olduğunu düşünməyə başladı, çünki ulduz əsaslı qara dəliklər ulduzların özlərindən əvvəl yarana bilməz. Beləliklə, bir cüt ulduzlu qara dəliyin mümkün qədər erkən çökə biləcəyini təxmin etdilər, buna görə əvvəllər görülən cazibə dalğalarının ilkin qara dəliklərdən qaynaqlandığını düşündülər. Mühafizəkar fərziyyələrə əsaslanaraq, ilk ulduz qara dəliklərin Böyük Partlayışdan ən az 67 milyon il sonra meydana gələ bilməyəcəyini və çökdüyünü tapdılar.

Beləliklə, LIGO, bu kəsilmədən əvvəl baş verən qara dəlik birləşmələrindən dalğaları görsə, bu iki şeydən biri deməkdir: Birinci və ən həyəcanverici ehtimal, ilkin qara dəliklərin həqiqətən mövcud olması və bununla da uzun müddətdir davam edən bir fərziyyəni təsdiqləməsidir. Bonus olaraq Koushiappas və Loeb, ilkin qara dəliklərin kainatın hələ də izah olunmayan qaranlıq maddələrini meydana gətirə biləcəyini müəyyənləşdirdilər, bu səbəbdən tapıntı astronomiyanın ən böyük sirlərindən birinə qismən həll təklif edə bilər.

İkinci təfsir sadəcə standart kosmoloji mənzərənin bir şəkildə səhv olmasıdır. "Hər iki halda da," deyir Loeb, "burada tam anlamadığımız bəzi yeni fizika olduğunu izah edərək böyük bir xəbər olardı."


Böyük Partlayışdan Düz: Tenis Topu Ölçülü Qara Delikləri Tapmaq üçün Yeni Qravitasiya Dalğa Dedektoru

& # 8220İlk qara dəliklərin aşkarlanması Kainatın mənşəyini anlamaq üçün yeni perspektivlər açır, çünki bu hələ də hipotetik qara dəliklərin Böyük Partlayışdan bir saniyədə bir neçə kiçik fraksiya yaratdıqları ehtimal olunur. Kainatdakı qaranlıq maddənin mənşəyini açıq şəkildə izah edə bildikləri üçün nəzəri fizika və kosmologiya tədqiqatları üçün böyük maraq doğurur. & # 8221 Astrofizik, professor Füzfanın rəhbərlik etdiyi qrup üzvlərinin gözlərində ulduzları görə bilərsiniz. UNamur-da araşdırmalarının perspektivlərindən danışarkən. Bu layihə, stajyer tələbə Léonard Lehoucq'un iştirakı sayəsində ENS'nin əlavə etdiyi UNamur və ULB arasında görünməmiş bir iş birliyinin nəticəsidir.

Fikir, UNamur-un cazibə dalğa antenaları sahəsindəki təcrübəsini, professor Fuzfa tərəfindən 2018-ci ildə patentləşdirilmiş və Nicolas Herman tərəfindən doktorluq dərəcəsi daxilində öyrənilən, ULB-nin ilkin qara dəliklər sahəsindəki ULB ilə birləşdirilməsi idi. Professor Clesse mərkəz oyunçularından biridir. & # 8220small & # 8221 ibtidai qara deşikləri müşahidə etmək üçün bu tip detektor tətbiqetməsini inkişaf etdirdilər. Onların nəticələri jurnalda yeni dərc edilmişdir Fiziki baxış D. & # 8220Bu günə qədər bu ilkin qara dəliklər hələ hipotetikdir, çünki bir ulduz nüvəsi ilə ilkin bir qara dəliyin partlaması nəticəsində yaranan qara dəlik arasında fərq qoymaq çətindir. Bir neçə santimetr böyüklükdə bir planetin kütləsi olan daha kiçik qara dəlikləri müşahidə edə bilmək fərqi yaradacaq & # 8221. Davam edirlər: & # 8220 Təcrübəçilərə birləşdikdə yaydıqları və mövcud olanlardan daha yüksək frekanslarda olan cazibə dalğalarını tutaraq onları aşkar edə biləcək bir cihaz təklif edirik. & # 8221

Bəs texnika nədir? Müəyyən bir metal boşluğundan ibarət olan və güclü bir xarici maqnit sahəsinə uyğun bir şəkildə çəkilən bir cazibə dalğası & # 8220antenna & # 8221. Cazibə dalğası maqnit sahəsindən keçəndə boşluqda elektromaqnit dalğaları əmələ gətirir. Qravitasiya dalğası bir şəkildə səslə deyil, mikrodalğalı dalğalarla boşluğu & # 8220hiss & # 8221 (rezonans) edir.

Cəmi bir neçə metr ölçüdə olan bu tip cihaz Yer üzündən milyonlarla işıq ili arasındakı ilkin kiçik qara dəliklərin qaynaşmasını aşkar etmək üçün kifayət edəcəkdir. Bir neçə kilometr uzunluğunda olan çox istifadə olunan detektorlardan (LIGO, Qız və KAGRA interferometrləri) çox daha yığcamdır. Algılama metodu onu füzyonlar, neytron ulduzları və ya ulduz kimi adi astrofiziki mənbələr tərəfindən istehsal olunmayan çox yüksək tezlikli cazibə dalğalarına (LIGO / Qız / Kagra üçün 10-1000 Hz ilə müqayisədə 100 MHz sırasına görə) həssas edir. qara dəliklər.

Digər tərəfdən, kiçik qara dəliklərin aşkarlanması üçün idealdır, bir planetin kütləsi və ölçüsü kiçik bir topdan bir tennis topuna keçir. & # 8220Dedektor təklifimiz, mikrodalğalı sobalardakı maqnitronlar, MRI maqnitləri və radio antenaları kimi yaxşı mənimsənilmiş və gündəlik həyat texnologiyalarını birləşdirir. Ancaq macəraya başlamaq üçün ev alətlərinizi dərhal ayırmayın: əvvəlcə məqaləmizi oxuyun, sonra avadanlığınıza sifariş verin, cihazı və çıxışda sizi gözləyən siqnalı anlayın və tədqiqatçılar gülərək deyirlər.

Bu patentləşdirilmiş texnika hazırda inkişaf etmiş nəzəri modelləşdirmə mərhələsindədir, lakin prototip qurularaq daha konkret bir mərhələyə girmək üçün bütün lazımi elementlərə malikdir. Hər halda, Kainatımızın mənşəyi ilə bağlı fundamental araşdırmalara yol açır. İlkin qara dəliklərə əlavə olaraq, bu tip detektor, eyni zamanda Böyük Partlayış zamanı yayılan cazibə dalğalarını da müşahidə edə bilər və beləliklə, fizikanı hissəcik sürətləndiricilərində əldə edilənlərdən daha yüksək enerjidə sondayır.


NEMO tapmaq: Cazibə dalğa astronomiyasının gələcəyi

Son transformasiya kəşfləri, cazibə dalğa astronomiyasının yeni sahəsinin potensial olaraq əldə edə biləcəyi şeylərin yalnız bir hissəsidir. Kredit: Carl Knox / OzGrav / Swinburne

Bu gün nəşr olunan yeni bir araşdırma, "NEMO" nun inkişafı üçün cəlbedici bir vəziyyət ortaya qoydu - Avstraliyada yeni nəsil detektorların təklif edə biləcəyi ən həyəcan verici cazibə dalğa elmini təqdim edə biləcək yeni bir rəsədxana .

ARC Mükəmməl Cazibə Dalğa Kəşfi Mükəmməl Mərkəzi (OzGrav) tərəfindən müəllif olduğu araşdırma, Avstraliya Elmlər Akademiyası tərəfindən "NEMO" nun prioritet bir hədəf olaraq təyin olunduğu Astronomiya Dekadal Planının orta müddətli icmalına təsadüf edir.

"Qravitasiya dalğası astronomiyası kainat anlayışımızı yenidən formalaşdırır" dedi tədqiqatın aparıcı müəlliflərindən biri ARC Gələcək Təqaüdçüsü Dr. Paul Lasky, Monash Universiteti Fizika və Astronomiya Fakültəsindən və OzGrav.

"Neytron ulduzlar, ulduz təkamülünün son vəziyyətidir" dedi.

"Bunlar kainatdakı ən sıx müşahidə oluna bilən maddədən ibarətdir və supranükleer sıxlıqda maddənin superfluid, superkeçirici bir nüvəsindən ibarət olduğuna inanılır. Bu cür şərtlərin laboratoriyada istehsal edilməsi mümkün deyil və maddənin nəzəri modelləşdirilməsi bir çox əmrlə ekstrapolyasiya tələb edir nüvə fizikasının yaxşı anlaşıldığı nöqtədən kənar bir böyüklük. "

Bu gün edilən araşdırma, Neytron Ulduz Ekstremal Maddə Rəsədxanasının (NEMO) dizayn konsepsiyasını və elmi işini təqdim edir: neytron ulduzları birləşərək nüvə fizikasını öyrənmək üçün optimallaşdırılmış bir cazibə dalğa interferometri.

Konsepsiya yüksək dövriyyəli lazer gücü, kvant sıxma və cazibə dalğaları istifadə edərək nüvə maddələrini araşdırmaq üçün lazım olan yüksək tezlikli həssaslığa nail olmaq üçün xüsusi hazırlanmış detektor topologiyasından istifadə edir.

Tədqiqat üçüncü nəsil rəsədxanaların uzun illər ərzində əhəmiyyətli, qlobal maliyyə sərmayələri və əhəmiyyətli texnoloji inkişaf tələb etdiyini qəbul edir.

Monaş Ph.D. Araşdırmada da çalışan namizəd Francisco Hernandez Vivanco, son transformasiya kəşfləri, yeni cazibə dalğa astronomiyası sahəsinin potensial olaraq əldə edə biləcəyi şeyin zirvəsi idi.

"Bütün potensialına çatmaq üçün daha yüksək həssaslığa sahib yeni dedektorlar tələb olunur" dedi Francisco.

"Qlobal cazibə dalğa alimlərinin birliyi hal-hazırda" üçüncü nəsil cazibə dalğa detektorları "dizaynı hazırlayır (hal-hazırda detektorların ikinci nəsilindəyik, birinci nəsil bizi bugünkü vəziyyətimizə gətirən prototiplər idi)."

Üçüncü nəsil dedektorlar, kainat boyu hər qara dəliyin birləşməsini və neytron ulduzlarının toqquşmalarının əksəriyyətini aşkar edərək, 10 dəfə əldə olunan həssaslığı artıracaqdır.

Ancaq böyük bir qiymət etiketi var. Təxminən 1 milyard dollar səviyyəsində, həqiqətən qlobal bir sərmayə tələb edirlər və ən erkən 2035-ci ilə qədər cazibə dalğalarını aşkar etməyə başlamaları gözlənilmir.

Bunun əksinə olaraq, NEMO, inkişaf üçün olduqca qısa bir zaman ölçüsü olan yalnız 50 ilə 100 milyon dollar arasında bir büdcə tələb edəcək və üçüncü nəsil alətlər üçün texnologiyanın inkişafı üçün bir sınaq yatağı təmin edəcəkdir.

Qəzet bu gün daha çox dizayn işlərinin aparatın xüsusiyyətlərini ətraflı şəkildə izah etməsi və ayrıca "NEMO tapma" adı verilən bir rəsədxana üçün uyğun bir yer tapmaq üçün mümkün bir geniş araşdırma aparmaq lazım olduğu qənaətinə gəldi.


Ətraflı LIGO detektorları

Lazer İnterferometr Qravitasiya-dalğa Rəsədxanası (LIGO) dedektorları, cazibə dalğaları tərəfindən meydana gələn uzay müddətinin ortogonal uzanmasını və sıxılmasını hiss etmək üçün hazırlanmışdır. Giriş lazer işığı bir şüa ayırıcısı ilə bölünür ki, işığın 50% -i 4 kilometr uzunluğundakı iki ortogonal qolun hər birindən aşağıya doğru hərəkət etsin. Qravitasiya dalğalarının ötürülməsi ilə əmələ gələn iki dik qol arasında uzunluqdakı nisbi dəyişiklik çıxış nöqtəsində oxunan işıqda müdaxilə modelinə səbəb olacaqdır.

İnterferometr qolları arasındakı uzunluq nisbi dəyişikliyini zaman seriyası olaraq birbaşa hiss edə bilərik.

İkiqat LIGO cazibə dalğa dedektorları, Louisiana və Hanston, Washington-da yerləşir. Hazırda ABŞ-da iki LIGO dedektoru var, başqa bir LIGO dedektorunun Hindistanda istehsalı planlaşdırılır.

LIGO interferometrləri indiyə qədər qurulmuş ən dəqiq ölçmə cihazlarıdır. Aşağıdakı videoda 4 kilometr uzunluğundakı ortogonal interferometr qolları arasındakı nisbi dəyişikliyin ölçüsünə görə ölçülməsi göstərilir. LIGO alətləri bir protonun genişliyindən 10.000 qat kiçik uzunluqdakı dəyişiklikləri hiss edə bilər. Bu, Yer kürəsi ilə ən yaxın ulduz sistemi Alpha Centauri arasındakı insan saçının enindəki uzunluq dəyişikliyini hiss etməyə bərabərdir.


Qravitasiya dalğalı bir arxa plan axtarışının gələcəyi

On illərdir ki, elm adamları kainatımızı bürüyəcək zəif, arxa cazibə dalğa siqnalını axtarmaq üçün pulsarlar şəbəkələrindən istifadə edirlər. İndiyə qədər nə tapdılar və gələcəkdə nə gözləyə bilərik? Yeni bir nəşr imkanları ətraflı izah edir.

Arxa Humming

Mrk 739, yeni yaranmış qalaktikanın mərkəzindəki iki nüvənin hələ birləşmə prosesində olduğu bir qalaktika birləşməsinin bir nümunəsidir. [SDSS]

Gökadalar toqquşduqda, mərkəzlərindəki supermassive qara dəliklər də ikili şəkillər yaratmalı, ilham verməli və birləşməlidir. Kainatdakı bütün ilham verici supermassive qara dəlik ikililərinin birləşməsi qravitasiya dalğalarının dərin bir zümzüməsini yaratmalıdır - lazımi vasitə ilə aşkar edə biləcəyimiz bir siqnal. Daxil edin: pulsar zamanlama massivləri (PTA).

Kosmik saatlar

PTA'lar, bu pulsarların yerləşdirildiyi boşluq müddətini ölçmək üçün dönən neytron ulduzları - pulsarlar şəbəkəsindən işıq parlamasının olduqca ardıcıl vaxtına etibar edirlər.

Yerdəki zaman dalğalarını axtarmaq üçün bir pulsar şəbəkəsindən necə istifadə edilə biləcəyini göstərən bir sənətçi & # 8217. [David Champion / NASA / JPL]

Siqnalın bir işarəsi

PTA-lar bu günə qədər necədir? Şimali Amerika Nanohertz Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası (NANOGrav) cazibə dalğa fonunu on ildən çox müddətdir axtarır - bu günə qədər heç bir nəticə əldə etməyib. Ancaq bir neçə pulsarın vaxtını nə qədər uzun müşahidə etsək, o qədər incə bir siqnal aşkar edə bilərik.

Bu il yayımlanan 12,5 illik verilənlər bazası ilk ümid baxışını təqdim edir: bu ən həssas verilənlər bazası hələ proqnozlaşdırılan cazibə-dalğa fonuna uyğun bir siqnal əlamətləri göstərir. Arxa fonun qəti dəlili NANOGrav ilə səs-küyü azaltmaq və cüt pulsarlar arasında gözlənilən bir korrelyasiya toplusunu aşkar etmək üçün daha uzun müşahidələr tələb edəcəkdir.

Cazibə dalğa spektri və detektorları. Burada cazibə dalğalarının tezliyi gərginliyə qarşı çəkilir (cazibə dalğasının keçməsi nəticəsində cisimlər arasında ayrılmada kəsr dəyişikliyi). Böyütmək üçün vurun. [NANOGrav]

Önümüzdəki mərhələlər

Polis və əməkdaşlıq edənlər tezliklə əldə etməli olduğumuz üç əsas mərhələni müəyyənləşdirdilər.

  1. Qravitasiya dalğası fonunun etibarlı sübutu 15-17 illik məlumatlarla mümkün olmalıdır - bu, artıq dərc olunmuş 12.5 illik məlumat bazasının xaricində yalnız 2-5 ildir.
  2. Bu anda aşkarlanan siqnalda, cazibə dalğa fonunun gözlənildiyi kimi supermassive qara dəlik ikili binalarından qaynaqlandığını və ya bunun əvəzinə ilkin qara dəliklər və ya kosmik simlər kimi daha ekzotik mənşəli olub olmadığını müəyyənləşdirmək üçün kifayət qədər məlumat olacaqdır.
  3. Siqnal superkütləvi qara dəliklərdən qaynaqlanırsa, ilkin aşkarlama da superkütləvi qara dəlik ikili faylları üçün fərqli populyasiya modellərini ayırmaq üçün kifayət edəcəkdir.

Bu əsər, NANOGrav-un yaxın bir neçə ildə bizə zəngin bir məlumat vermə potensialına sahib olduğunu göstərir! Üstəlik, bu nəticələr NANOGrav şəbəkəsinə yeni pulsarların əlavə edilməsi və ya bir çox PTA-dan alınan məlumatların birləşməsi ilə daha da sürətli olacaqdır. Qravitasiya dalğası astronomiyası həqiqətən yeni başlayır!

Yuxarıda: Siqnal-səs-küy nisbətinin pulsarları müşahidə edən bir zaman funksiyası olaraq təkamülü. Orta: Qravitasiya dalğa fonunun olduğunu göstərən modellə (kəsik qırmızı xətt) müqayisədə 12 il, 15 və 20 ildən sonra pulsarlar arasında proqnozlaşdırılan korrelyasiya siqnalı. Aşağıda: Korrelyasiya siqnalının siqnal-səs-küy nisbəti zamanı müşahidə etmək funksiyası kimi. [Pol et al. 2021]

İstinad

"Pulsar Zamanlama Arrası üçün Cazibə-dalğa aşkarlanması üçün astrofizika mərhələləri", Nihan S. Pol və digərləri 2021 ApJL 911 L34. doi: 10.3847 / 2041-8213 / abf2c9


Cazibə dalğaları: Niyə təlaş? (Yeniləmə)

Lazer İnterferometri Qravitasiya Dalğası Rəsədxanasının optik mütəxəssisi Pasadena, 10 fevral 2016-cı il tarixində testlər üçün istifadə ediləcək cihazı yoxlayır.

S: Cazibə dalğaları nədir?

A: Albert Einstein bir əsr əvvəl ümumi nisbilik nəzəriyyəsində cazibə dalğalarını proqnozlaşdırırdı. Bu nəzəriyyəyə əsasən, məkan və zaman "uzay müddəti" adlanan bir şeyə toxunur - Kainat anlayışımıza dördüncü bir ölçü əlavə edərək, onu qavramağımıza 3D.

Einstein, cazibə qüvvəsi vasitəsi ilə yer-zaman kütləvi çarpışmalarını proqnozlaşdırırdı. Ortaq bir bənzətmə, fəza vaxtını trambolin, kütləni isə üzərinə qoyulmuş boulinq topu kimi görməkdir. Batutun səthindəki cisimlər cazibəni təmsil edən mərkəzə doğru “düşəcək”.

Kütləli cisimlər sürətləndikdə, məsələn, iki qara deşik bir-birinə tərəf döndüyündə, ətrafdakı əyri boşluq-zaman boyunca dalğaları bir gölməçədəki dalğalar kimi işıq sürəti ilə göndərirlər.

Cisim nə qədər kütləli olsa, dalğa o qədər böyüyür və elm adamlarının aşkarlaması asanlaşır.

Cazibə dalğaları maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olmur və Kainatda tamamilə maneəsiz gəzir.

Ən güclü dalğalara Kainatdakı ən kataklizmik proseslər - qara dəliklərin birləşməsi, kütləvi ulduzların partlaması və ya Kainatın təxminən 13,8 milyard il əvvəl doğulması səbəb olur.

Nisbilik nəzəriyyəsinin müəllifi olan Albert Einstein (1879-1955) 1921-ci ildə fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür

S: Cazibə dalğalarının aşkarlanması niyə vacibdir?

C: Einşteyn nəzəriyyəsində bəşəriyyətin məkan və zaman kimi əsas anlayışları qəbul etmə tərzini dəyişdirən əsas bir proqnozun sübut axtarışına son qoyuldu.

Algılanan cazibə dalğaları, astronomiyada həyəcan verici yeni yollar açır - uzaq dalğalar, qalaktikalar və etdikləri dalğalara əsaslanaraq qara dəliklərin ölçülməsinə imkan verir.

Dolayısı ilə, heç vaxt birbaşa müşahidə olunmayan qara dəliklərin həqiqətən mövcud olduğunu sübuta əlavə edir.

Alınması çətin olan və cümə axşamı elanında iştirak etməyən ilkin cazibə dalğaları deyilən bir başqa aparıcı kosmologiya nəzəriyyəsini, "inflyasiya" ya da körpənin Kainatın sərhədsiz genişlənməsini artıracaqdı.

İlk dalğaların zəif də olsa, bu gün də Kainatda əks-səda doğurduğu nəzəriyyə olunur.

Tapılsaydılar, bizə Big Bang-in özünə işıq tutaraq inflyasiyanın meydana gəldiyi enerji miqyası haqqında danışardılar.

S: Qravitasiya dalğaları niyə bu qədər tutulmazdır?

Albert Einstein bir əsr əvvəl ümumi nisbilik nəzəriyyəsində cazibə dalğalarını proqnozlaşdırırdı - bunlar Kainatın əsası olan məkan zamanındakı dalğalardır

A: Einşteynin özü cazibə dalğalarının nə qədər kiçik olduqlarına görə aşkarlanacağına şübhə edirdi.

Məsələn bir-birinə qarışan bir cüt dəlik tərəfindən yayılan dalğalar, Yer üzündə bir milyon kilometr (621.000 mil) hökmdarı atomun ölçüsündən daha az uzayacaqdı.

On milyonlarla işıq ilindən gələn dalğalar, Advanced Laser Interferometer Cazibə Dalğa Rəsədxanasında (LIGO) istifadə olunan dörd kilometrlik bir işıq şüasını bir protonun eni ilə deformasiya edər.

S: Onları necə axtardıq?

A: İndiyə qədər cazibə dalğaları yalnız dolayı yolla aşkar olunurdu.

1974-cü ildə elm adamları, ümumi bir kütlə mərkəzini dövr edən qalaktikamızdakı bir cüt neytron ulduzunun orbitlərinin cazibə dalğaları sayəsində enerji itkisinə uyğun bir nisbətdə kiçikləşdiyini tapdılar.

Bu kəşf 1993-cü ildə Nobel Fizikası Mükafatını qazandı. Mütəxəssislər cazibə dalğalarının ilk birbaşa aşkarlanmasının eyni şərəfə layiq görüldüyünü söylədilər.

Amerikalı fizik Joseph Weber 1960-cı illərdə ilk alüminium silindr əsaslı detektorlar qurduqdan sonra teleskoplar, peyklər və lazer şüaları istifadə edərək onilliklər davam edən səylər davam etdi.

Yer və kosmik əsaslı teleskoplar, cazibə dalğaları ilə əyilmiş və uzandığına dair sübut etmək üçün kosmik mikrodalğalı fonda, Böyük Partlayışdan qalan zəif bir işıq parıltısı üzərində öyrədilmişdir.

Bu metoddan istifadə edərək, Amerikalı astrofiziklər iki il əvvəl Cənubi Qütbdə yerləşən BICEP2 adlı teleskopdan istifadə edərək cazibə dalğalarını təsbit etdiklərini elan etdilər. Ancaq sonradan səhv etdiklərini etiraf etməli oldular.

Başqa bir üsul, cisimlər arasındakı məsafədəki kiçik dəyişikliklərin aşkarlanmasını əhatə edir.

Bir cisimdən keçən cazibə dalğaları onun şəklini pozur, dalğanın getdiyi istiqamətdə uzanır və sıxır və kiçik bir təsir bağışlayır.

Cümə axşamı xəbərlərinin mərkəzindəki LIGO və İtaliyadakı bacısı dedektor Qız kimi detektorlar lazer işıq şüalarındakı bu cür təhrifləri götürmək üçün hazırlanmışdır.

LIGO-da elm adamları, işığı başladıqları nöqtəyə güzgülər ilə əks etdirmək üçün bir neçə kilometri aşan dik iki şüaya böldülər.

Geri qayıtdıqdan sonra hər hansı bir uzunluq fərqi cazibə dalğalarının təsirinə işarə edir.


Qravitasiya-Dalğa Astronomiyası

Einstein, cazibə dalğalarının mövcud olduğunu təxmin etdi. Bunlar nələrdir, necə istehsal olunurlar və mövcudluğunun dəlilləri nədir? Kainatdakı toqquşan qara dəliklərin və digər şiddətli hadisələrin nəhayət Yerə çatan cazibə dalğaları yaratma yollarına baxdıq. Bu siqnalları aşkar etmək üçün müxtəlif qitələrdə nəhəng yeni dedektorlar inşa edilmişdir. Kainatın ilk anları, kosmik & aposstrings & apos və ən yüksək enerji hadisələri haqqında bizə nə deyə bilərlər.

Professor John D Barrow FRS, 1999-cu ildən bəri Cambridge Universitetində riyazi fizika sahəsində tədqiqatlar aparan, kosmologiya, cazibə, hissəciklər fizikası və əlaqəli tətbiqi riyaziyyata xüsusi maraq göstərən Riyaziyyat Elmləri professoru idi.

1999-cu ildə qurulduğu gündən bəri, John Barrow, riyaziyyatın anlayışını və qiymətləndirilməsini və tətbiqetmələrini gənclər və geniş ictimaiyyət arasında inkişaf etdirməyi hədəfləyən Minilliyin Riyaziyyat Layihəsinin direktoru idi. Layihə və apossun 2005-ci ildə Təhsil və Müvəffəqiyyətə görə Kraliça və aposs Yıldönümü Mükafatını alması ilə nəticələndi. Bundan əlavə, riyaziyyat və astronomiya sahəsində apardığı tədqiqatlar üçün çox sayda mükafat və mükafat aldı; Astronomiya üçün Locker mükafatı və 2006 Templeton mükafatı.

Riyaziyyat, fizika və astronomiya sahəsindəki inkişafların daha geniş tarixi, fəlsəfi və mədəni təsirlərini araşdıran 420-dən çox məqalənin və 19 kitabın müəllifi idi. 10 Downing Street, Windsor Castle, Vatikan Sarayı və Venesiya Film Festivalı daxil olmaqla bəlkə də unikal bir yerdə birləşərək mühazirələr oxudu. Eyni zamanda (İtalyan dilinin) müəllifidir Sonsuzluqlar2002-ci ildə İtalyan teatrında ən yaxşı oyun üçün İtalyan Premi Ubu mükafatını qazandı.

Professor Barrowun Gresham Kollecindəki Həndəsə kafedrasına təyin edilməsi, yalnız 1652-ci ildə Kral Cəmiyyətinin qurucu üzvü Lawrence Rooke tərəfindən əldə edilmiş bir işi təkrarlayır. 2003-2007-ci illər arasında populyar Astronomiya professoru olmuş professor Barrow, Gresham Kollecində və dörd əsrlik tarixində iki ayrı kafedraya təyin olunmuş ikinci professordur.

Professor Barrow & aposs Həndəsə mühazirələri, həndəsə professoru kafedrasında sələflərinin keçirdikləri mövzuları riyaziyyatın tanış şeylərə tətbiqinə diqqət yetirərək tamamlayır. Məqsədimiz riyaziyyatın ətrafımızı necə əhatə etdiyini göstərmək və dünya haqqında başqa bir şəkildə öyrənə bilmədiyimiz çox şeyləri izah etməkdir. Çıxaracağı gündəlik riyazi problemlər sadə riyaziyyatın füsunkar hissələrinin əhəmiyyətini ortaya qoyur.

Professor Barrow & aposs-un əvvəlki mühazirələrinin hamısına buradan daxil olmaq olar.

Transkript

Qravitasiya-Dalğa Astronomiyası
Professor John D Barrow FRS

Cazibə-dalğa astronomiyası

Professor John Barrow

20-ci əsrdə astronomiyanın inkişaf edib daha möhtəşəm bir mövzuya çevrilməsinin ən təəccüblü yollarından biri, kainatdakı görünüşünü yalnız optik işıq zolağından elektromaqnit spektrinin digər hissələrinə yaymaq idi. radio dalğalarını, infraqırmızı radiasiyanı, ultrabənövşəyi hissetmə qabiliyyətinə sahib idi. & # xA0 Bu şəkildə hər cür fərqli astronomiya böyüdü & # x2013 x-ray astronomiyası, infraqırmızı astronomiya və s. & # xA0 Nə danışacağam bu gün yeni başladığına inandığımız astronomiyanın daha da genişlənməsidir ki, bu da kainata adi elektromaqnit şüalarında deyil, cazibə qüvvəsinin özünün yaratdığı başqa bir şüa şəklində baxmağa imkan verir. & # xA0 Bu, artıq cazibə dalğa astronomiyası kimi tanınır. & # xA0 Qravitasiya dalğalarının nə olduğunu, onların mövcud olduğuna dair dəlillərin olduğuna necə inandığımızı və təsirlərini görə biləcəyimizi və bəzi perspektivləri görəcəyik. gələcəkdə onları birbaşa aşkarlamaq.

Einstein & # x2019'ların Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsinin bir çox ekzotik xüsusiyyətləri kimi, daha sadə bir Newtonlu həmkarı var ki, bunu Einstein & # x2019s konsepsiyası ilə təkbaşına mübarizə aparmağa başlamazdan əvvəl başa düşmək daha yaxşıdır. & # XA0 Cazibə dalğaları öz həmkarına sahibdir. & # xA0 Adi cazibə qüvvəsinin bizim tanış olduğumuz iki təzahürü var. & # xA0 Bir tərəfdən birbaşa cazibə dediyim şey var, buna görə də böyük bir kütləsən və üstünə başqa bir kütlə qoysan kosmosda, iki kütlə ayrılma kvadratına tərs mütənasib bir cazibə qüvvəsi ilə bir-birini cəlb edəcəkdir.

Bu, birbaşa cazibə dediyim şeydir və məktəbdə tanış olduğumuz Newtonun məşhur cazibə qanunu kimi olduqca tanışdır, amma fərqli bir cazibə qüvvəsinin başqa bir təzahürü də var, çox tanış olsa da, gelgit cazibesi ya gelgit qüvvelerinin tesiri deyirik. & # xA0 Kütlənin yalnız bir nöqtə olduğunu, onun sonlu bir ölçüsünün olmadığını düşünün. & # xA0 Halbuki sonlu bir ölçülü bir cisim düşündüyümüzü düşünürsək, bu bir uzunluğu H olan çubuq, o zaman çubuğun üst hissəsi dibinə biraz fərqli bir cazibə qüvvəsi ilə kütləyə doğru çəkiləcəkdir, çünki üstü daha uzaqdır və buna görə də yuxarı və alt hissələr fərqli cazibə cazibələrini hiss edirlər çubuğun bir qədər uzanacağını təsəvvür edə bilərsiniz, çünki bəzi yerlərdə digərlərindən daha güclü bir cazibə qüvvəsi var. & # xA0 Bu, gelgit cazibə qüvvəsi olaraq bilinir. & # xA0 Yalnız bir az düstur istifadə edərək R, a məsafədə dibinə güc n sonra R və H məsafədə olduğunuzda qüvvəni işlətmək üçün yenidən istifadə edirsiniz, birini digərindən çıxarın və iki nöqtəni çəkən qüvvədəki fərq olan gelgit gücünə sahib olacaqsınız. & # xA0 O qüvvə tərs kvadrat kimi deyil, məsafənin tərs kubu kimi dəyişir. & # xA0 Bu, Nyuton gelgit qüvvəsidir və bu, çox realdır. & # xA0 Yer üzündə bunun dəlillərini kifayət qədər dövri bir şəkildə görürük və bu diferensial xüsusiyyəti olan qüvvələrə gelgit qüvvələri deyirik. & # xA0 Yer üzündə, Yerin səthi qatı bir cisimdir və səthinin üçdə ikisi sərt olmayan okeanlarla örtülmüşdür. və sıxılmır və buna görə Ay Yer üzündə bir cazibə qüvvəsi çəkir, Yer & # x2019 bədəni bir bütün olaraq hərəkət edir, Dünyanı hərəkətə gətirəcək əhəmiyyətli bir fərq yoxdur, ancaq okeanlar təbii olaraq bir gelgit şəklində dəyişir. & # xA0 Beləliklə, okeanlar Aya doğru çəkilir və baş verənlər olduqca maraqlıdır. & # x A0 Okeanın ümumi həcmi qorunur və buna görə onu bir istiqamətə çəksəniz, mütləq digər istiqamətdə bir itələmə olacaqsınız. Bu, gelgit qüvvələri üçün xarakterik bir şeydir: ümumi həcm, sanki qorunur, ancaq forma dəyişir, buna görə kürələr elipsoidlərə, dairələr ovallara çevrilir. & # XA0 Yəni böyük bir gelgit yüksəlir, baxmayaraq ki sanki nöqtəyə təsir edən bir qüvvə olmadığı kimi görünür.

Ay Yer üzündə gelgit gətirən tək obyekt deyil. & # XA0 Günəş də bir gelgit təsiri göstərir. & # XA0 Çox kobud desək, göylərdə görə biləcəyiniz şeylərdən gelgitlərin Yer üzünə nisbi təsirləri & # xA0 Deməli, tamamilə kiçik görünən Yupiter və ya Mars Yer üzündə Ayla müqayisədə tamamilə əhəmiyyətsiz bir gelgit təsiri göstərir. & # xA0 Ancaq bildiyiniz kimi, tam tutulma gördüyümüz üçün Günəş, Ay və Günəş göydə demək olar ki, eyni ölçüdədir. & # xA0 Bu, təbiətin ən böyük təsadüflərindən biridir. & # xA0 Nəticə olaraq, Dünya və Günəşi düşünsək və mümkün Ayın mövqeləri, Dünyadakı ən böyük xalis gelgit gücünü alacağınız vəziyyət, Günəş, Ay və Yer arasında bir uyğunlaşma olduğu yerdə olacaq. & # xA0 Günəşin dalğaları Ayın 42% -i & # x2019, buna görə də tamamilə eyni olmasa da, olduqca bənzəyirlər. & # XA0 İşlər bu vəziyyətdə düzəldildikdə ay bahar gelgidi var deyirik. & # xA0 O zaman təkcə Ayın gelgit təsirindən təxminən 1,42 dəfə çox olan ümumi bir təsir əldə edirsiniz və şübhəsiz ki, Temza Bariyerini qoymaq istədiyiniz zaman və & # xA0 90 dərəcədə, Ay bu mövqelərdən birində olduğunda, bizdə bir neap gelgit deyilən bir şey var - neap sadəcə zəif və ya zəif mənasını verən köhnə bir İngiliscə sözdür və bu vəziyyətdə gelgit. effekt minimumdur və təkcə Ayın təsirinin təxminən 56% -i olacaqdır.

Bunlar gelgit qüvvələrinin sadə təzahürləridir. & # XA0 Bu gelgit qüvvələri haqqında maraqlı olan şey, riyaziyyatçıların eninə dedikləri şeylərdir. & # XA0 Bu, kürənin elipsoidlərə, Yerin dalğalarına çevrilməsinin təsirinə bənzəyir. hərəkət etdikləri istiqamətə dik sürətlər və təsirlər meydana gətirirlər. & # xA0 Unutmayın ki, birbaşa cazibə qüvvəsi iki nöqtəni öz mərkəzləri boyunca bir-birinə çəkir, lakin gelgit qüvvəsi bu təhrifi ona doğru bucaq altında istehsal edir. & # xA0 Yəni eninə bir sürətlənmə və ya eninə bir qüvvə fikri budur.

İndi, ümumi nisbi olaraq, eyni fenomenlərin daha ekzotik yollarla hərəkət etdiyini görürük. Einşteyn bizə kosmosun, bütün səmavi cisimlərin & # x2019 hərəkətlərinin oynandığı toxunulmamış bir kosmik mərhələ olmadığını, bunun üzərində maddənin və enerjinin hərəkətindən təsirlənən və bunun da öz növbəsində maddənin və hərəkətin reallaşma tərzi. & # xA0 Beləliklə, bir mərhələ kimi düşünmək əvəzinə, rezin təbəqə kimi düşünürük, trambolin üzərində böyük bir kütlə hərəkət edərkən, şəklini deformasiya edir. trambolin və kütlə nə qədər böyükdürsə, deformasiya o qədər çox olur. & # xA0

Başqa bir cisim tanıtmaq və A-dan B-yə atmaq istəsəydim, birinci nöqtədən ikinciyə çatma müddətini minimuma endirəcək şəkildə hərəkət etsəydim, həndəsə bununla təhrif olunduğuna görə kütlə, ən qısa yol, sanki mərkəzi kütləyə yönəlmiş kimi görünən bir az əyilmiş marşrut götürməkdir. & # xA0 Beləliklə, bir Newton olsaydınız, sizi özünüzə cəlb edən bir qüvvə olduğunu söyləyərdiniz. o böyük kütlə, amma Einşteynin mənzərəsi ümumiyyətlə qüvvələr haqqında danışmaq deyil, sadəcə bu kütlənin həndəsəni təhrif etdiyi və hər şeyin həndəsəni kəşf etdiyi ən qısa yola getmək üçün hərəkət etməsi fikrinə sahib olmaqdır. & # xA0 Beləliklə, bir yol seçmək istəyirsinizsə, çox əyilmiş bir yol tutmalısınız və Newton çox böyük bir qüvvə hiss etdiyinizi söyləyər.

Kütlə və enerji ilə yaradılan əyri məkanın, məkanın təhrif edilməsinin və zamanın təhrifinin bu şəklini çəkdikdən sonra baş verə biləcək daha iki şey var. & # XA0 Bir tərəfdən bir cisim fırladınızsa , əgər onu büksəydiniz, onda Newton şəklində heç bir şey olmazdı. & # xA0 Beləliklə, bir zirvəni bir yerdə fırlatsaq, başqa yerdə dayanan kimsəni təsir etməz. & # xA0 Ancaq rezin şəkliniz varsa boşluq vaxtının çarşaf təhrifi, sonra rezin çarşafı bir yerdə büksəniz, onu hərəkətə gətirir və atəş edir, eyni istiqamətdə gəzirsiniz. & # xA0 Beləliklə, fırlanan cisimlər uzaqdakı şeylərə təsir göstərir. . & # xA0 Bu, Newtonun dünyanın mənzərəsində görəcəyiniz bir effekt deyil. & # xA0 Bu anda dünyanın hər tərəfindəki fırlanma istiqamətini izləmək üçün giroskoplarla uçan bir peyk layihəsi var. giroskop, Yerin fırlandığı istiqamətdə süründürülür. Kiçik bir təsirdir, ancaq birmənalı şəkildə müşahidə olunmalıdır.

Ancaq bu gün biz bu rezin təbəqə şəklinin ikinci effekti ilə daha çox maraqlanırıq. & # XA0 Fərz edək ki, təbəqənin kənarından tutub ətrafı yelləməyə başlayıram, həndəsədə dalğalar, dalğalar meydana gətirirəm, o zaman bunlar hamar & # xA0 Onlar dalğalar kimi davranacaqlar. & # xA0 Bu dalğalardan biri səndən keçəndə bir yerdə oturursan, yuxarı və aşağı hərəkət edəcəksən və başqa yollarla bu əyrinin bu hərəkətinə cavab verəcəksən. & # xA0 Onlar getdikcə uzaqlaşdıqca getdikcə daha da kiçikləşib kiçikləşməli və tədricən nəmlənməlidirlər. & # xA0 Beləliklə, bu dalğaların mənbəyindən çox uzaqdasınızsa, şiddətli hadisələr, bəlkə də Uzaqda olmağınızdan çox daha böyük təsirlər görəcəksən. & # xA0 Məkan zamanında dalğalanmanın bu təsiri, Newton-un gelgit qüvvələrinin relyativistik Einşteyn versiyasıdır və buna görə də bunu gözləyirik. eyni effektə sahib olacaq. & # xA0 Bu dalğalar hərəkət edir işığın sürəti və onların da gelgit qüvvələri kimi bir təsiri var. & # xA0 Yəni qarşımda bir hissəcik halqası varsa və bu cazibə dalğalarından biri tavandan girib aşağıya doğru gedirsə, bu bir istiqamətdə halqa vurur və digər istiqamətdə sıxır, beləliklə hissəciklər dairəsini gelgit qüvvəsi kimi bir ellipsə çevirir. & # xA0 Buna görə də bunu Newtonun bir gelgit qüvvəsi kimi düşünməyimizin səbəbi. & # xA0 Daha qrafiki, bu sizə təsir edir. & # xA0 Təsirin iki növü var: özünüzü bir istiqamətdə uzadıldığınızı və bir istiqamətə sıxıldığınızı, ya da körpünün üstündəki güzgü salonu kimi tapa bilərsiniz. dəniz kənarında, özünüzü bir istiqamətə sıxaraq bir istiqamətə uzadıldığını tapa bilərsiniz. & # xA0 Bu, proyektordan yuxarıdan gələn və ya aşağıdan gələn bir cazibə dalğasının təsiridir.

Daha texniki cəhətdən, bu təsirə elektromaqnetizm kimi fizikada rastlaşdığımız digər dalğalarla müqayisədə baxmaq maraqlıdır. & # XA0 Elektromaqnit dalğaları bir hissəcik halqasından keçəndə hər hissəcikin sadəcə hərəkət etməsinə səbəb olur. eyni şəkildə geri və irəli. & # xA0 Beləliklə, işıq gözünüzə dəyəndə bir az hərəkətə səbəb olur, az elektrik və maqnit sahələri əmələ gətirir, sonra beyninizə bir siqnal göndərir. & # xA0 Bu hərəkətləri fotoqrafik lövhəyə vururlar. emulsiyaya düşən işığı qeyd etmək üçün kiçik kimyəvi siqnalları çağırın. & # xA0 Cazibə dalğaları halında hər hissəcik fərqli davranır və bəzilərinin xaricə, bəzilərinin içəri keçdiyimiz bir təsirə sahibik. & # xA0 cazibə dalğaları adi elektromaqnit dalğaları kimi deyil.

Yenə eyni fikrə baxsaq, bu fikri gücləndirin, cazibə dalğasının meydana gətirəcəyi iki hərəkət növü, iki təhrif rejimi var. & # XA0 Bir hissəcik halqası ilə başlayırsınız və dalğa gəldikcə vaxt gedir, əvvəl hissəciklər bir ellips yaradırsan, sonra yenidən dairəyə, başqa istiqamətdəki bir ellipsə və sonra başladığı yerə qayıdır. & # xA0 Bu başqa növ meylli bir ellips meydana gətirir, geri bir dairəyə, meylli bir ellipsə, başladığınız yerə qayıdın. & # xA0 Beləliklə zaman keçdikcə bu, hissəciklərinizdə kosmosda dayandırmağınızı görəcəyiniz siqnaldır. & # xA0 Siz bir istiqamətdə, sonra digər istiqamətdə böyümələrini və daralmalarını izləyə bilər. & # xA0 Beləliklə, problem bu cür dalğa enerjisinin oradan keçdiyini anlamaq üçün bir detektor düzəltmək üçün bu xüsusiyyətdən bir şəkildə istifadə etməkdir.

Bunu ölçməyə çalışdığınız yollardan biri, məsafədəki kiçik dəyişikliyə baxaraq effektin böyüklüyünü ölçək və beləliklə yuxarıya doğru hərəkət edən hissəciklərdə baş verən dəyişikliyə nəzər salaq. orada hissəciklər dairəsinin radiusuna bölünərək mövqelərindəki kiçik dəyişiklik. Bu, cazibə dalğasının yaratdığı nisbi dəyişmə olacaq. & # XA0 Burada işlər bir az həyəcan verici olur. & # XA0 Beləliklə, tarix mövzusuna görə bu dəyişiklikdən iki dəfə çox olan bu mövzuda məşhur bir parametr təyin edirsiniz. x2013, hissəciklər dairəsinin radiusuna bölünən diametr üzrə keçiddir və bu kəmiyyət haqqında bir neçə şey bilirsiniz ki, çox güclü, fantastik dərəcədə güclü bir cazibə dalğasına atmağa çalışarsanız hissəcikləri bir istiqamətdə o qədər dramatik bir şəkildə gətirin ki, qara bir dəlik yaradasınız. & # xA0 Beləliklə, bu tip fenomen üçün bir növ son dayanma var, əgər siz & # x201CH & # x201D parametrinə sahibsinizsə daha böyük olmağa çalışırsınız. vurduğunuz cismin kütləsi olduğu bu kəmiyyətdən daha çox, & # x201CR & # x201D radiusudur və & # x201CC & # x201D işığın sürətidir, o zaman gələn cazibə dalğaları onu parçalayacaq. vasitəsilə.

Həqiqi bir sadə nümunəyə nəzər salaq. & # XA0 Tutaq ki, Günəşin kütləsindən 1.4 dəfə çox olan bir neytron ulduzumuz var və ola biləcəyi ən kiçik olan & # x2013 və onu 50 milyon işıq ili uzaqlığında qoyduq. , sonra 50 milyon işıq ili qoyduq, kütləni qoyduq və & # x201CG & # x201D ve & x201CC & # x201D sayını işləsək, mənfi 21-ə 10-un 6-sıdır. & # xA0 Yəni bu fantastik, fantastik dərəcədə kiçikdir.

Sizə bir fikir vermək üçün bir neçə metr uzunluğunda bir detektorda nisbi bir dəyişiklik axtarırdığınızı düşünün, beləliklə dairənin radiusu bir metr və ya daha çox olardı, onda təxminən 10 ilə yaxın bir dəyişikliyə baxırsınız. metrin mənfi 21, santimetrin eksi 19 ilə 10 arasında. & # xA0 Bu, tək bir protonun ölçüsünün milyonda biri.

Beləliklə, ilk güzgüləriniz bu dalğaların təsirlərinin fantastik dərəcədə az olmasıdır, buna görə də ya olduqca dəqiq bir detektor tipinə sahib olmalısınız, ya da sadə bir neytron ulduzundan daha yaxın və daha şiddətli bir şeyə baxmalısınız.

Bu narahatlıq mənbəyinin nə olacağına daha diqqətlə baxanda bu düsturdan daha yaxşısını edə biləcəyini, cazibə dalğalarını yaradan şeyin bütün enerjinin olmadığını, sadəcə istehsal edən enerjinin olduğunu başa düşürsən. şəkli qeyri-kürə şəklində dəyişən sferik olmayan nəbz və rəqslər. & # xA0 Deməli, mükəmməl bir sferik cisim tərəfindən yaradılan çox güclü bir cazibə sahəsi olsaydı və sferik cisim olsaydı, bunu etmək daha çətindir. yalnız radiusunu dəyişir, ancaq şəklini deyil, şişirdilən və sonra söndürülən bir şar kimi geri və irəli gedir, lakin həmişə mükəmməl kürə şəklindədir. & # xA0 Heç bir cazibə şüası olmazdı. & # xA0 Yəni cazibə şüası bir cismin asimmetrik, sferik olmayan hərəkətləri. & # xA0 Siz & # x201C & # x201D-i bir az & # x201CG & # x201D və işığın sürətinə bənzər, məsafənin enerjidən, kinetik enerjidən uzaqlaşması kimi qəbul edə bilərsiniz. , ellipti cal və qeyri-sferik hərəkətlər, işığın sürətinə bölündükdə. & # xA0 Burada aşağıda oturan işıq kvadratının bu sürətləri çox böyük rəqəmlərdir və beləliklə C kvadratı 10 ilə 21 santimetr arasındadır. kvadrat saniyədə. & # xA0 Buna görə də bu təsir çox azdır.

Əvvəlcə bu cür effektləri axtarmağa gedə biləcəyiniz yerlərə baxaq və sonra onları necə aşkar edə biləcəyinizi düşünək. & # XA0 Əsas namizədlərin kiçik bir siyahısı var. & # XA0 Kainatın istənilən yerində olduqca şiddətli və dramatik bir şeyin davam etdiyini görürsən, cazibə şüalanmasının yaxşı bir mənbəyi ola bilər. & # xA0 Supernova kimi partlayan ulduzlar yaxşı namizədlərdir. & # xA0

Bir neçə il əvvəl, 1987-ci ildə olduğunu düşünürəm, yaxınlıqdakı cırtdan qalaktikada özümüzə Böyük Magellan Buludu adlanan bir supernova var idi. & # XA0 Avstraliyadakı bir astronom real vaxtda bir boşqaba baxırdı, təzə götürmüşdülər bir neçə dəqiqə sonra yenidən baxdı səmanın bir fotoşəkili və birdən bütün görüntü lövhədə yandı. & # xA0 Faktiki olaraq real vaxtda tutduğu digər qalaktikada bir ulduz partladı. . & # xA0 Əslində, bu partlayışdan sonra insanlar mövcud olduqları yerlərdə cazibə dalğa detektorlarının işə salındığını, bu partlayışdan bəzi cazibə dalğa siqnalını görmüş ola bildiklərini başa düşdülər.

Yəni supernovalar bir namizəddir. & # XA0 Başqa bir namizədin ortaya çıxması, həqiqətən ən yaxşısı, bir cüt neytron ulduzuna və ya bir cüt qara dəliyə sahib olduğunuz bir vəziyyətdir, əksinə Yer və Ay edər, amma bunu edən uzun və uzun bir tarixdən sonra yavaş-yavaş enerjisi tükənir, bir-birlərinə yaxınlaşırlar və nəticədə birləşirlər. & # xA0 Bu birləşmə hadisəsi, olduqca yaxşı ola bilər Qalaktikamızda və xaricində bu cütlərin çox olduğu üçün ümumi meydana gəlmə, ən çox çəkilən cazibə radiasiyasını verir.

Başqa bir ehtimal daim bir pulsar kimi bir şeydir. & # XA0 Yalnız başqa bir cismin ətrafında, çox asimmetrik bir orbitdə dolaşır və öz orbitini təmsil edən dövri bir naxışa sahib olan cazibə dalğaları siqnalı verəcəkdir. & # XA0 başqa bir ehtimaldır.

Astronomların çox maraqlandığı digərləri, hər yerdə yalnız hər şey tərəfindən yaradılan cazibə dalğalarıdır, bəziləri ekzotik, bəziləri o qədər ekzotik deyil, bəlkə də ilk qalaktikaların erkən meydana gəlməsi və bunların hamısı sadəcə bir radio siqnalındakı fon səs-küyü kimi bir araya gəlin. & # xA0 Ümid edə bilərsiniz ki, bir gün keçmişdəki bütün mənbələrdən toplanan cazibə dalğalarının bu təsadüfi fonunu kəşf edə bilərsiniz.

Bu gün başqa bir kontekstdə bu barədə bir az danışacağı üçün bu gün heç bir şey deməyəcəyim sonuncusu, kainatın başlanğıcından bəri qalan çox xüsusi cazibə dalğası növlərinin olacağını gözləməyimizdir, bunları sınamaq və aşkarlamaq və proqnozlaşdırılan xüsusiyyətlərə, enerjinin müəyyən bir xüsusiyyətinə sahib olub olmadığını yoxlamaq böyük bir problemdir.

İndi ən maraqlı vəziyyətlərdən birinə baxacağıq. & # XA0 Bu ikili ulduzlardan biridir və bu mühazirələrdə başqa bir kontekstdə daha əvvəl tanış olduğumuz və ikili pulsar deyilən şeydir. & # xA0 Bunu 1970-ci illərin əvvəllərində Hulse və Taylor kəşf etdilər və bir neçə il sonra bu kəşflərinə görə Nobel mükafatı aldılar. & # xA0 Kəşf etdikləri ortaq bir mərkəz ətrafında dövr edən iki cisim idi. & # xA0 Bu cisimlər sanki neytron ulduzları, buna görə də tək bir atom nüvəsinə bərabər bir sıxlığa sahibdilər, indi ətrafımızdakı adi materialın sıxlığının 10-dan 14 qatına qədər və buna baxmayaraq ölçüləri təxminən 3 kilometrə bərabərdir. & # xA0 Yəni inanılmaz dərəcədə sıxdırlar. & # xA0 Onlar özlərindən iki dəfə daha ağır olsaydılar, qara dəliklər olardı. & # xA0 Bunların hər ikisi təqribən 1,4 və ya daha çox günəş kütləsinin kütləsidir və onlardan birinin çarpıcı bir xüsusiyyəti var, bu səbəbdən şübhəsiz fırlandıqda və istiqamətimizə baxanda fantastik bir şəkildə sürətlə fırlanır və əksinə bir mayak kimi , biz bir nəbz görürük və sonra spin müddətinə bərabər bir müddətdə bir nəbz görürük. & # xA0 Deməli bu pulsar bir saata bənzəyir. & # xA0 Bu, öz saatı bağlanmış vəziyyətdə hərəkət edən bir cisimdir və nəbz dövrü, içindəki cazibə sahəsinə cavab verir və bu sistemdə baş verənlər barədə inanılmaz dərəcədə dəqiq müşahidələr aparmağımızı təmin edir.

Bu sistemdəki bu cisimlər o qədər sıx və bir-birinə yaxındır ki, bu orbitdəki ulduzlar işıq sürətinin yüzdə birində hərəkət edir, buna görə Günəşdən biraz daha böyük, təxminən kiçik bir hissəyə bərabər cisimlərdir. London, işıq sürətinin yüzdə birində hərəkət edir. & # xA0 Yəni saniyədə təxminən iki mil və ya buna bənzər bir şey. & # xA0 Bu sistemdə nələrə diqqət yetirə bilərsiniz, ətrafı gəzdikcə biri gedir. ortaq mərkəzin ətrafında, ilk təqribən bir ellipsdə dövr edir, lakin ellips heç vaxt tamamilə bağlanmaz və bir orbitdən digərinə keçsəniz, ellips bir az yerindən tərpənir, hər dəfə 4 dərəcədən bir az çox çox, çox orbit ətrafında gəzir. & # xA0 Baş verənləri ölçə bilərsən, məsələn, bu bucağın nə olduğunu, orbitlərin nə qədər yerdəyişdiyini və yerdəyişmənin təqribən 4 və üçdə birini Hər il dərəcə. & # xA0 Günəş sistemimizdə Mer planetinə bənzər bir fenomen görürsünüz cury. & # xA0 Hər əsrdə 43 saniyə arq ilə irəliləyir, buna görə də bu olduqca böyükdür. & # xA0 Bu sistem çox güclü cazibə sahələrinə malikdir. & # xA0 Dairəvi olmayan hərəkətlərə malikdir. & # xA0 Bu bir cazibə şüalanmasının təsirlərini axtarmaq üçün əsas sayt.

Budur bununla bağlı bəzi statistik məlumatlar. & # XA0 Yaxşısı budur ki, bu orbitlərin hər birinin tamamlanması 8 saatdan az çəkir, beləliklə bu sistemdə nələrin baş verdiyini real vaxtda izləyə və izləyə bilərsiniz. & # xA0 Pulsar dövrü çox yavaş dəyişir və dəyişmə sürəti saniyədə 10 ilə 12 saniyədə bir neçə hissədir, buna görə orbital dövr saniyələrdirsə, nə qədər maraqlanırsınız? saniyədə dəyişdi. & # xA0 Bu inanılmaz dərəcədə kiçik bir rəqəmdir. & # xA0 Bu sistemin orbit dövrünü nə qədər dəqiq ölçə biləcəyinizin bir əksidir. & # xA0

Bəs bu niyə maraqlıdır və bunun cazibə dalğaları ilə nə əlaqəsi var? & # XA0 Yaxşı, enerjinin nə qədərinin iştirak etdiyini izah edən düsturdan istifadə edirsinizsə, ətrafda fırlandıqca şəklində təhriflər yaradır. & # XA0 Bu sistemdə, 2 cisim ortaq mərkəzi ətrafında hərəkət etdikdə, sistemdən uzaqlaşan cazibə şüalanması ilə tədricən az miqdarda enerjilərini itirməlidirlər. & # XA0 Enerji itirdikləri üçün orbitləri bir az azalır və & # xA0 Gözlədiyiniz şey, zaman keçdikcə sistem cazibə şüalanması ilə enerjisini itirəcək, cisimlər bir-birinə yaxınlaşacaq, beləliklə onların orbit dövrü kiçik olacaq. & # xA0 qravitasiya dalğası istehsalının dərəcəsi üçün düsturdan, zaman keçdikcə orbitin nə qədər azalacağını gözlədiyimizi proqnozlaşdırın. & # xA0 Bu proqnozdan sonra cazibə şüalanmasının geridə qaldığını yoxlamaq üçün istifadə edə bilərsiniz. bu sistemi və tam olaraq r olaraq buraxın ümumi nisbiliyin proqnozlaşdırdığını yedi. & # xA0 25 ilə 30 il ərzində bu təcrübənin nəticələri olduqca diqqətəlayiqdir.

Yörüngede müəyyən bir nöqtəyə çatdığınızda, bu sizə orbitin büzülməsinin və zamanın, illər içində & # x2013 1974 & # x2013 kəşfindən bu ilə və ya keçən ilə qədər bir ölçü verdiyini göstərir. & # xA0 Bu, cazibə dalğaları yayaraq enerjisini itirirsə, orbitin necə çürüməsi lazım olduğu barədə ümumi nisbilikdən irəli gələn bir proqnozdur və orbital dövrünün necə dəyişməsi lazım olduğuna dair bu ondalık dəqiqliklə gözəl bir razılaşma var. & # xA0 Əksər astronomlar bunu cazibə şüalanmasının mövcud olduğu və bu sistem tərəfindən Einstein & # x2019 nəzəriyyəsinin olması lazım olduğunu təxmin etdiyi nisbətdə çox güclü bir dolayı kəşf kimi qəbul edirlər.

Bunun nəticəsi olan problem, bu kimi radiasiyanı birbaşa aşkarlamaq üçün yollar tapmaq və tapmaqdır, buna görə Yerə çatdıqda, təsirlərini birbaşa görə bilərikmi? & # XA0 Yaxşı, əsas namizədlər ikili pulsar kimi sistemlərdir. & # xA0 Hərəkəti ətrafdakı məkan zamanının həndəsəsində dalğalanmalara səbəb olur. & # xA0 O dalğalar uzaqlaşır. & # xA0 Nəhayət bizə çatırlar. & # xA0 Ancaq orbit kifayət qədər çürüdükdə, sürətlə sürətlənməyə başlayacaq. , və nəticədə cisimlər birləşəcək və toqquşacaq. & # xA0 Beləliklə, ikili pulsara bənzər, lakin inanılmaz dərəcədə güclü bir yaxınlıqdakı cazibə sahəsi yaratdıqları və ikisinin də həyatı son mərhələlərində olan obyektləri axtarırıq. to go bang. & # xA0 Bu ən & # x2018seeable & # x2019 hadisəsidir və müxtəlif olgunlaşma mərhələlərində çox sayda ikili pulsar görürük. & # xA0 Yəni ikili pulsarın çox xüsusi, bənzərsiz bir hadisə olduğu deyildir. başqa bir yerdə tapmaq üçün bir səbəbimiz olmadığını. & # xA0 Görünür & # xA0 Ulduzların çoxu ikili cüt sistemindədir və daha ağır olanları da olacaq, burada iki cisim neytron ulduzları deyil, qara dəliklərdir və daha da cazibə şüası çıxaracaqlar. & # xA0 Beləliklə, bunlar bir çox cəhətdən cazibə dalğaları üçün ən maraqlı baş namizədlərdir.

Astronomlar bu birləşmələrdən biri meydana gəldikdə təfərrüatı ilə baş verəcək hadisələrin simulyasiyasını kompüter vasitəsilə istehsal edirlər. Şüalanma intensivliyi ilə kodlanmış, bir istiqamətdə sıxılan, başqa istiqamətə gələn bir şəkil hazırlaya bilərlər, çünki bu 2 cisim birləşir. & # XA0 Bunun səbəbi nəyin olacağını çox ətraflı şəkildə proqnozlaşdırmaq istədiyinizdir. profil olun, bu cisimlərdən birindən çıxan cazibə dalğa enerjisinin naxışı necə olmalıdır. & # xA0 Beləliklə, eksperimental detektorunuzda bir şey aşkar edirsinizsə, onu müəyyənləşdirə bilərsiniz, & # x201Coh, deyə bilərsinizmi? # x2019s bir araya gələn ikili ulduz sistemi, & # x201D ya da supernovadır, yoxsa başqa bir şeydir? & # xA0 Qravitasiya dalğaları ilə bir gün həqiqətən astronomiya edə bilərsinizmi?

Yalnız bu ssenariləri xatırlatmaq üçün 3 gözəl şəklim var. & # XA0 Çarpışan, orbitdə olan neytron ulduzları, nəticədə birləşmə hadisəsində qravitasiya dalğaları meydana gətirmək üçün toqquşmaları. & # XA0 Nəticədə özləri bir qara dəlik meydana gətirmək üçün yerləşə bilərlər. və ya qara dəliyin meydana gəlməsi tamamilə fərqli bir şiddətli cazibə hadisəsi ola bilər.

Proqnozlaşdırmağa və anlamağa çalışmaq üçün ən maraqlı şey bu kimi hadisələrdən almalı olduğumuz siqnalların böyüklüyüdür. & # XA0 Deməli, əvvəllər qeyd etdiyimiz bu parametr & # x201CH & # x201D, yəni bir üzük varsa hissəciklər, sanki və bir cazibə dalğası onu vuracaq, uzanır və sıxılır, bu, detektorun ölçüsünə bölünən uzanma miqdarıdır. & # xA0 Çox, çox kiçik ədədlər var & # x2013 10 ilə mənfi 18 ilə 10 arasındakı mənfi 24 & # x2013 və şüalanmanın tezliyi. & # xA0 Bu, mənbənin ölçüsündən və nə qədər tez dəyişdiyindən asılı olacaq və dedektorlarınızı ən həssas olması üçün qurmaq istəyirsən. ən çox siqnal və ya ən görünən siqnal olacağını gözlədiyiniz yerlər. Kompakt ikili adlanan şeylər var: bunlar ikili pulsar kimi çox yaxın ulduz cütləridir. & # XA0 İkili sistemdə 2 qara dəlik nümunəsi var. & # XA0 Bunlar çox, daha böyük ola bilər, Hər biri 100.000 günəş kütləsi. & # XA0

Təxminən bu boyda bir qara dəlik yaratmaq üçün bir hadisə üçün bir model var - 100.000 günəş kütləsi & # x2013, beləliklə ondan alacağınız radiasiya partlayışı. & # XA0 Sonra o qara dəlik ikili cütü sonunda spiral içərisinə girərsə nə olar? və birləşir və birləşir və bu, həqiqətən də hamısının ən böyüyüdür. & # xA0 Sizdə supernova meydana gəlməsi, partlayan ulduzlar və s. var. & # xA0 Sıra 10 mənfi 20 ilə işləyirik. & # xA0 Bu vəziyyətdə ən kiçik şeylərdən təxminən 10 mənfi 23-ə enərək daha kiçik qara dəlikləri müəyyənləşdiririk. & # xA0 Supernova çökməsi, nə qədər yaxın olduğuna, nə qədər asimmetrik və qeyri-sferik olduğuna görə geniş imkanlar əldə etdiniz və tezlik aralığı təxminən 10 - 7, 10 - 8 arasında bir faktoru əhatə edir.

Digər əyrilərdə LIGO və LISA qeyd edilmişdir. & # XA0 Bizə göstərdikləri detektorların gözlənilən həssaslıqlarıdır. Aydındır ki, bu dedektorlar siqnalların yalan olacağını gözlədiyimiz bu vacib sahələri əhatə etmək niyyəti ilə dizayn edilmiş və planlaşdırılmışdır.

Dedektorlar necədir? & # XA0 Mövzu ilk dəfə başladığında, çoxdan, & # x201960'lar və & # x201970'ler, insanların düşündükləri orijinal dedektorlar, çox ton ağırlığında olacaq çox böyük metal çubuqlar idi: bəlkə də bir metr diametrində və bir neçə metr uzunluğunda böyük bir metal silindr. & # xA0 İstədiyiniz şey cazibə dalğası çubuğunuzdan keçəndə nələrin baş verdiyini müəyyənləşdirməyə çalışmaq idi - bir istiqamətə uzanacaq və daralacaq digər - və çubuğun mexaniki xüsusiyyətlərini tənzimləməyə çalışırsınız ki, çubuğunuzun və cazibə dalğasının təbii titrəmə tezlikləri arasında rezonans əldə edin. & # xA0 Hər zaman olduğu kimi bu mövzuda hiylə mümkün deyil. bu kiçik effektləri aşkar edin, ancaq başqa bir şey aşkar etməməyinizə əmin olun. & # xA0 Beləliklə çubuğu mümkün qədər yaxşı bir vakuumda dayandırmalısınız, aşağı temperaturda onu bütün seysmik narahatlıqlardan təcrid etməlisiniz. qonşu və ya insanların yanından keçən futbol komandaları d maşınlarla rəqabət etmək, hətta yanında fiziklər gəzmək. & # xA0 Bu olduqca çətin bir problemdir. & # xA0 Barlar dedektorların ilk nəsli idi. & # xA0 Hələ də mövcud olan bəzi cazibə dalğa çubuğu dedektorları var. & # xA0 Ən yaxşısı 10 mənfi 18 həssaslığa sahibdirlər, buna görə də daxili mexanikaları və səs-küyün aradan qaldırılması dərəcəsi ilə ciddi şəkildə məhdudlaşırlar. & # xA0

Bu tip aşkarlama işində etmək istədiyiniz digər şeylərdən biri, əgər bir çubuğunuz varsa və birdən-birə əyilibsə və bir siqnal gördüyünüzü iddia etsəniz, insanlar sizə inanmayacaqlar. & # XA0 Deyə bilərlər keçmiş futbol komandasıdır. & # xA0 Buna görə öncülük edən Joe Weber'in istədiyi bu dedektorlardan 2-nin çox fərqli yerlərdə olması idi. & # xA0 Onun vəziyyətində fərqli idi Amerika Birləşmiş Ştatları & # x2013 İllinoys və Maryland & # x2013 əyalətləri və hər birindəki siqnalları izləyərdiniz və təbii ki, birində digərində görmədiyiniz bir siqnal tapsanız, yəqin ki, futboldur komanda, ancaq eyni siqnalı ölkənin digər tərəflərindəki detektorlarda görürsənsə, bunun real bir siqnal olma ehtimalı böyükdür.

Tarixən problem ondan ibarət idi ki, Weber ilk dəfə bunu etməyə başladığı zaman bir müddət sonra siqnalları uzun müddət gördüyünü iddia etdi. & # XA0 O dövrdə başqası ona inanmırdı və düşünürəm ki, indi də heç kim inanmır həqiqətən cazibə dalğaları gördü & # x2013 o zaman edə bilmədi, yalnız o zaman meydana gələn və sonra da yox olan birdən-birə partlayış olmadığı təqdirdə. & # xA0 Weber bir neçə il əvvəl öldü, ona görə bir daha ondan nə soruşa bilmərik? həqiqətən işləyirdi, lakin Weber dedektorlar binasında böyük bir qabaqcıl idi.

Ancaq cazibə dalğalarını həqiqətən görmək istəyirsənsə, nəhəng çubuqlar yol deyil, buna görə də bu kiçik rəqəmlərə enməyə imkan verən başqa bir texnologiya var və bu texnologiya interferometriyadır. & # XA0 İstədiyin şey Burada etmək üçün xəyal edirsən ki, yuxarıdan bir crossover, cazibə dalğaları gəlir və buna görə nə etmək lazımdırsa, bu şeyləri bu istiqamətdə uzadacaq və onları bu istiqamətdə sıxacaq. onlara doğru açılar. & # xA0 Bunu bir detektorda necə istismar edə bilərik? & # xA0 Yaxşı, interferometriyada belə bir quraşdırma növü var. & # xA0 Tutaq ki, bir lazer şüanız var və onu şüa ayırıcıya çevirdiniz. , deməli, bu, işığın yarısını keçməyə imkan verən, ancaq yarısını düz açıda əks etdirən bir şeydir. & # xA0 İşığın yarısı keçir və sonunda sonunda bir güzgü, asma güzgü ilə qarşılaşır və bu şəkildə əks bucaq altında gedən işığın eyni aqibəti olur, əks olunur bir güzgüdən geri dönün və beləliklə 2 şüa yenidən mərkəzdə bir araya gəlir. & # xA0

Fizikada inanılmaz dərəcədə dəqiq ölçmənin sirri budur ki, bu işıq şüalarının ortada bir araya gəldikləri zaman salınımları arasındakı uyğunsuzluğu fantastik dəqiqliyə qədər ölçə bilərsiniz. & # XA0 Dəqiqliyi demək olar ki, yaxşı hala gətirməyə davam edə bilərsiniz. sadəcə bu qolları daha uzun və uzun etməklə istədiyiniz kimi, qolları nə qədər uzadarsanız, işıqın cazibə dalğasının təsirlərini hiss etməsi üçün daha çox vaxt var, söndükcə, güzgüyə dəyib geri qayıdır. & # xA0 Effekti iki qat daha böyük etmək istəyirsinizsə, qolu iki dəfə daha uzun edirsiniz. & # xA0 Bunu min dəfə daha həssas etmək istəyirsinizsə, silahları min qat daha böyük edirsiniz. & # xA0

Lazer interferometriyasının mahiyyəti budur və həssaslığı daha da artırmaq üçün indi istifadə edə biləcəyiniz hər cür hiyləgər üsullar var. & # XA0 Lazer şüaları hamısı aşağı temperatur mühitindədir, belə ki hər şey soyuq saxlanılır. mümkün qədər istilik qarışığı səbəbindən titrəmələr tamamilə minimuma endirilsin.

Sizi maraqlandıran növbəti şey çoxlu lazer enerjisi istehsal etməkdir və bu texnoloji bir problemdir. & # XA0 Şüanı geri göndərdiyiniz zaman, ortogonal şüa ilə müdaxilənin olub-olmadığını yoxlamadan əvvəl bir dəfə göndərməyiniz lazım deyil. gümüşü güzgülər qoya bilər və şüaları milyonlarla və milyonlarla dəfə irəli və geri göndərə bilər. & # xA0 Bu, qolu fantastik dərəcədə uzunlaşdırmaqla eyni təsirə sahib olardı, lakin bir məhdudiyyət olaraq, güzgülərin gümüşlənməsi fövqəladə dərəcədə yaxşı olardı, əks halda siqnalın deqradasiyası olur. & # xA0 Bu, bu cazibə dalğası eksperimental inkişafının ən böyük texniki irəliləyişlərindən biridir - düşünürəm ki, yəqin ki, elmin ən yüksək texnoloji sahələrindən biri sayılır - buna görə bu tip astronomiya ən çox öncülük etmişdir dünyanın hər hansı bir yerində elmin istənilən yerində dəqiq dedektorlar.

Uzun illər əvvəl bu tip böyük Avropa layihəsini maliyyələşdirib-etməyəcəyinə qərar verməli olan Avropa qiymətləndirmə panelində iştirak etdiyimi xatırlayıram və qiymətləndirmə prosesi zamanı dünyanın hər yerində çalışmağa cəhd etmiş insanların olduğu diqqətəlayiq bir inkişaf var idi. bunun kimi bir detektor düzəldə biləcəyinizi və lazer şüasını geri əks etdirmək üçün gümüşü bir güzgü düzəldə biləcəyiniz üçün əsas bir məhdudiyyət olduğuna dair bir mübahisəni ortaya qoyduqlarını və bunun nə dərəcədə yaxşı ola biləcəyinə bir məhdudiyyət qoyulduğunu təxmin edin & # xA0 Sonra British Aerospace xəbərdar edilmədən və tamamilə gözlənilmədən yüksək gümüşü örtüklər üzərində işlərinin bir hissəsini məxfilikdən çıxardı, ehtimal ki, bunların hamısı Ulduz Döyüşlər və ətrafdakı sıçrayan lazer şüaları ilə əlaqəli bir şey idi, ancaq məlum oldu tam işləyən, işləyən güzgülər var idi, bunlar yansıtıcılıqları sözdə mütləq mümkün olan maksimumdan 10.000 qat daha yaxşı idi! & # xA0 Beləliklə, bir gecədə bu super-yüksək texnologiyadan bəzilərini hazırladılar bu cür təcrübə üçün səthlər mövcuddur və gözlənilən qabiliyyətinizdə böyük bir artım var idi.

Bunlar əsas maddələrdir. & # XA0 Siz də bu güzgüləri dayandırmalısınız. & # XA0 Bunlar çox ağır kütlələrdir və bunlar cazibə dalğalarının gəldikləri zaman dəyişərək müxtəlif istiqamətlərdə tərpənən şeylərdir. əks olunan lazer şüalarına təsiri ilə o kiçik titrəməni aşkarlamağa çalışırsınız. & # xA0 Qolları son dərəcə uzun etməklə tələb olunan həssaslığı əldə edə bilərsiniz. & # xA0 Uzun müddətə həqiqətən uzun deməkdir. & # xA0 LIGO olaraq bilinən mövcud layihə, buna görə də Lazer İnterferometri Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası & # x2013 mövzunun bu sahəsi haqqında qısa müddətdə öyrəndiyiniz siyasi şeylərdən biri, birdən-birə cazibə dalğa detektorlarına cazibə dalğa rəsədxanaları deyilməyə başladı. bu, sadəcə fizika maliyyəsi üçün deyil, astronomik maliyyələşdirmə üçün təkliflər verə biləcəkləri deməkdir! & # xA0 Yəni buraya bir rəsədxana deyirsənsə, bu astronomiya, dedektor dedikdə isə fizikadır!

Məsələn, ABŞ-da bunun kimi 2 stansiya var, buna görə yenə də birdən çoxuna sahib olmaq istəyirsən ki, bu oyunu oynaya bilərsən, & # x201Cbir siqnal görsək və digər qitədə bir siqnal görsən, çox real bir siqnal olma ehtimalı var, ancaq yalnız bir detektorda bir siqnal görsək, insanlar sizə inanmayacaqlar. & # x201D & # xA0 Beləliklə, bu 2 yerdə, Luiziana və Washington əyalətində, Hanfordda çox böyük var. L şəkilli interferometrlər və nəhəng mənada, demək olar ki, bu qollar 2, 3, 4 kilometr ölçülüdür və eyni zamanda uzun müddət geri dönən işıqlardır. & # XA0 Taymer dövrü yansıtma qabiliyyətinizin nə qədər yaxşı olduğuna görə müəyyən edilir. is. & # xA0 Beləliklə, bir milyonda bir hissəyə yaxşı bir yansıtma qabiliyyətinə sahib olan səthləriniz var və bu sayədə qolunuzun uzunluğunu təsirli şəkildə artıraraq işığın daha çox sıçrayışından istifadə etməyinizə imkan verir.

Bu Amerika stansiyalarının bir neçə fotoşəkili var ki, sizə miqyas barədə fikir verəsiniz. & # XA0 Əlbətdə ki, heç bir yerin ortasında deyil ki, futbol komandası sizi narahat etməsin. & # XA0 Yəni harada bir qol var, ona dik başqa biri olacaq, digəri də səhradan keçir.

Qeyd etdiyim kimi bu layihədə bir Avropalı, əslində bir İngiltərə var. & # XA0 İngiltərə, Qlazqodakı qrup vasitəsi ilə bu aşkarlığı edə biləcək texnologiyanın inkişafında əsas rol oynadı. & # xA0 Avropa qrupunda bəzi səhralarda 3 kilometrlik silahları narahat etməməyinizə imkan verən bir sayt yoxdur, bu səbəbdən Avropa layihəsi Aşağı Saksoniyada, Almaniyada və 600 metrlik qoluna sahibdir. GEO600. & # XA0 Texnologiyanın növbəti mərhələsini inkişaf etdirmək üçün çox istifadə olunur və güzgülər üçün daha yaxşı süspansiyonlar, daha yaxşı gümüşlər, daha yaxşı lazer texnologiyası və s. & # XA0 Əsas odur ki, 2 detektorun olması Amerika qitəsinin əks tərəfləri, Avropada da var və gələcəkdə Uzaq Şərqdə və Cənubi yarımkürədə də detektorlar fəaliyyət göstərəcəkdir.

Bu dedektorlar tərəfindən bir şey görüldümü? & # XA0 Yaxşı ki, uzun illərdir ki, həssaslığınızı artırmaq üçün bir oyun idi, lazerlərin uzun müddət sabit qaldığına əmin oldum, ancaq bir neçə il əvvəl ilk mühəndislik işləyir bu təcrübədə işləməyə başladı. & # xA0 Bu çox həyəcanlı idi.

Hələ heç kim cazibə dalğalarını təsbit etdiyini iddia etmir. & # XA0 Göstərməyə çalışdıqları detektorların nə qədər həssas olmasıdır. & # XA0 Amansız və təsir edici bir irəliləyiş var. Həssaslıq 10 mənfi 21 civarındadır, 10 mənfi 22-yə yaxınlaşır. Şanslı olsanız, hər şeyi 10 mənfi 21, 10 mənfi 22-də görə bilərsiniz. & # XA0 Bir şey görə bilərdiniz, bütün siqnalları hissə-hissə götürsəniz, analiz etdiniz bunları təfərrüatlı şəkildə izah etsəniz, bu hadisələrin bəzilərini görə biləcəksiniz, ancaq insanlar həqiqətən ən çox ehtimal olunan hadisələrin 10 mənfi 22 və altından aşağı düşəcəyini gözləyirlər.

Şübhəsiz səs-küy yoxdur. & # XA0 Detektordakı təsadüfilik və səs-küy, lazerlərdəki dalğalanmaların fərqli mənbələridir. & # XA0 Bunu təmizləmək və bütün bunları çıxarmaq üçün bir prosedurunuz var və sonra nəyə baxmaq istədiyiniz & # x2019 qalıb. & # xA0 Oyundakı növbəti mərhələ həssaslığınızı bir az daha yaxşılaşdırdığınız zaman, bu təmizlik işlərinə daha ciddi şəkildə başlamaq və qalıq siqnalların olub-olmaması ilə mübahisəyə başlamaq olacaq.

Onlarla nə edərdiniz? & # XA0 Siqnalların gerçək olub olmadığını və ya sadəcə bir növ səs-küy olduğunu söyləməyə necə davam edirsiniz? & # XA0 Dünyada vaxtını çox ətraflı şəkildə hesablamağa sərf edən bir çox tədqiqat qrupu var. dedektorunuzun həqiqi bir cazibə dalğa siqnalı tərəfindən vurulub-vurulmadığını görərdiniz. & # xA0 Təəssüf ki, bir çox halda, siqnalın nümunəsi nisbətən düzdür və həqiqi siqnal & # x2013 və nəyi çox detallı şəkildə proqnozlaşdıra bilərsiniz? vaxt keçdikcə görər və bir sıra şablonlar hazırlayardı. & # xA0 Bu, & # x201CH & # x201D-dəki dalğalanmaların zamana qarşı böyüklüyüdür və qüvvədə olan ikili pulsardır, buna görə ikili pulsar nə olar? ömrünün sonuna gəldi və nəticədə bir-birlərinə dəyənə qədər fırlanan 2 neytron ulduzu. & # xA0 Şüalanmanın tezliyi artmaqdadır, buna görə də bir cingiltiyə, quşların səsinə, tezlik dəyişikliyinə bənzəyir. dava yuxarıya doğru davamlı olaraq yüksəlir və sonra nəhayət birləşdikdə r baş verir, olduqca qəfildən bir partlayış olur. & # xA0 Şablon deyəcəyiniz budur. & # xA0 Hər cür birləşmə növü üçün bu cür şablon hazırlaya bilərsiniz və hər cür fəsad əlavə edə bilərsiniz. burada yoxdur və bir kompüter məlumat axınınızı bu şablonlarla üst-üstə qoyacaq və bir uyğunluq axtarır, şübhəli bir vəziyyət axtarır. & # xA0 Daha çox barmaq izi analizinə bənzəyir: barmaq izini axtarırsınız, bəziləri cazibə dalğasının uyğunluq xüsusiyyətləri zamanla partladı və sonra siqnalın bu hissəsinə çox ətraflı şəkildə diqqət yetirirsiniz.

LIGO ilə oyun vəziyyəti belədir və hamımız ümid edirik ki, yaxın bir neçə il ərzində həqiqi bir siqnal üçün bəzi dəlillər ortaya çıxmağa başlayacaq. & # XA0 Çox əyləncəli ki, bu başlayanda 2004-cü ildə düşünürəm ki, Ladbrokes, 2012-ci ildən əvvəl LIGO tərəfindən təsbit edilən bir cazibə dalğasına qarşı 500-dən 1-ə qədər əmsal təklif edirdi. & # XA0 Beləliklə, bu təcrübədə iştirak edən bütün insanlar dərhal çıxdılar və bu ehtimalları aldılar və göründüyü kimi, 4 həftə sonra, ehtimallar azaldı 2-dən 1-ə! & # XA0 Bu, çox sevindirici haldır ki, 2012-ci ilədək bir cazibə dalğasını aşkar edəcəyimiz ehtimallar yalnız 2 ilə 1 arasındadır.

Ancaq sənə göstərmək istədiyim son şey dedektorla əldə edə biləcəyimiz yerə dair daha iddialı bir şeydir. LIGO birləşmələri axtarır. & # XA0 LISA adlanan başqa bir detektor diapazonu var. & # XA0 LISA əvvəllər olduğu kimi Yer üzündə deyil, kosmosda olduğu kimi bir lazer interferometridir. & # XA0 Bu birinin Günəş sistemində bir peyk üçlüyü ətrafında döndüyü və yüksək yansıtıcı səthlərindən istifadə edərək bir-birlərinə və üçbucağın ətrafına lazer şüaları göndərəcəkləri və əlbətdə kosmosda olduğumuz bir layihə. istilik dalğalanması problemləri və ya yaxınlıqda çalışan futbol komandaları. & # xA0 Bəzi analoji problemləriniz var. & # xA0 Maraqlısı budur ki, interferometrinizin qollarını bir neçə kilometr ölçüyə almaq əvəzinə, onları yarıçapının yarısı kimi edə bilərsiniz. Günəş sistemi. & # xA0 Bu kosmik layihə, bu üçbucağın ətrafında hərəkət edən lazer şüalarını izləyəcək, üçbucağın mərkəzindən keçən bir cazibə dalğası tərəfindən yaradılan az müdaxilə nümunələri əldə etdiyinizə baxaraq bəzi silahlara səbəb olacaqsınız. genişləndirmək Bu istiqamət və bunlar müqavilə bağlamaq. & # xA0 Bu, rəsm lövhəsindən daha çox möhtəşəm bir gələcək kosmik layihəsidir, çox detallı şəkildə planlaşdırılır və ümid budur ki, yerdəki LIGO ilə birləşərək bununla nəhayət cazibə dalğalarını birbaşa aşkarlamaq deməkdir. & # xA0

Növbəti mühazirəmdə görəcəyimiz kimi, bir neçə həftə və # 2019-cu ildə bu, yalnız qara dəliklər və neytron ulduzları kimi cisimlərin məkan və zaman quruluşunu sarsıtdığını təsdiqləməyəcək, geriyə baxmağa imkan verəcəkdir. kainatın genişlənməsinin başlanğıcından sonrakı ilk instansiya, fotonların arxa plan şüalanmasından çox daha geridə görməyə imkan verir. & # xA0 Cazibə dalğaları, sanki kainatı yeni bir şəkildə gəzməyə imkan verir. və gələcək illərdə bunun yeni bir astronomiya növü olacağını gözləyirik. & # xA0 Yalnız görünən işığa və ya elektromaqnit spektrinin digər hissələrinə baxmayan astronomiya budur, ancaq onu görünən kimi görə bilərsiniz. birbaşa gelgit cazibə qüvvələrində. & # xA0 Kainatdakı ən şiddətli hadisələrin baş verdiyi yerlərin bir araşdırmasıdır və birbaşa cazibə qüvvəsinə baxın.


QRAVİTASİYA DALGALARI: Məkan-zamanın dalğalarına giriş

Məqalədə inkişaf edən “cazibə dalğaları” konsepsiyası araşdırılır və izah olunur. Çağdaş “cazibə dalğaları” biliklərindəki əhəmiyyəti və son irəliləyişləri təqdim edir. İnterferometr və bu cazibə dalğalarını ölçmək üçün istifadə edilən bir alətə qısa bir baxış təqdim edir. Məqalədə “cazibə dalğaları” nın aşkarlanmasının astronomların, fiziklərin və alimlərin “Böyük Partlayış” və Einşteyn & # 8217s “Nisbilik nəzəriyyəsi” kimi nəzəriyyələrə dəlil gətirmək üçün qəti elmi dəlillər toplamağa necə kömək etdiyini aydınlaşdırır. “Qravitasiya dalğaları” nın təsirini izah etmək üçün LIGO və Qız bürcləri rəsədxanalarının əsərlərinə və onların tapıntılarına istinad edilmişdir.

Astrofizika Cazibə dalğaları Cazibə dalğaları Sürətlənmiş Kütlələr LIGO və Qız Rəsədxanaları Blackhole Neutron ulduzu.

Giriş

1609-cu ildə astronom Galileo Galilei tərəfindən müasir teleskopun əlamətdar ixtirası kosmosdakı uzaq cisimlərdən işığı aşkar etmək üçün insan irəliləməsində bir mərhələ oldu. Səma cisimlərinin təbiətini və davranışlarını və kosmosdakı bir çox mürəkkəb və bilinməyən hadisələri tapmaq və anlamaq üçün yeni qapılar açdı, bu da resurslar və texnologiyanın məhdudluğu səbəbindən əvvəllər mümkün deyildi. Əhəmiyyətli bir müddət ərzində ilk növbədə görmə qabiliyyətindən (teleskopla və ya olmadan) istifadə edərək müşahidələr aparmaq astronomların Kainatın necə işləməsi barədə güclü dəlillər təqdim edə bilmədi. İnsanlar məhdudlaşma ilə yalnız işığa təsir edən maddələri müşahidə etmək məcburiyyətində qalırlar. Bu baryerin, işığın kainatdakı nəhəng məsafələri qət etdiyi və optik metodlarla müşahidə edilə bilməyən daha uzun dalğa uzunluğundakı dalğalar olaraq Yerə çatdığı aşkar edildiyi zaman aydın oldu. İşıq kosmosdakı böyük məsafələri əhatə etdikdə dalğa uzunluğu uzanır və bu da onu daha uzun dalğa uzunluğuna, infraqırmızı kimi elektromaqnit şüalanmaya çevirir. Bunlar optik teleskoplar tərəfindən aşkar edilə bilməz. Bu səbəbdən, elektromaqnit spektrindəki bu cür digər dalğaların aşkarlanmasına və öyrənilməsinə imkan yaradan texnologiyanın inkişaf etdirilməsinə məcburi ehtiyac var idi.Teleskopların görünən spektrdə aşkarlanmadan görünməyən spektrlərə doğru təkamülü astronomların kosmik maneələrdən çəkinməsinə və bir çox hadisəni dəqiq öyrənməsinə kömək etdi. Məsələn, Spitzer teleskopu, göy cisimlərindən infraqırmızı radiasiyanı böyük məsafələrdə aşkarlayan böyük bir ixtira idi. Bu texnologiya ilə astronomiyanı bir araya gətirən bir çox teleskopdan biri idi. Fermi Qamma-Şüa Teleskopu, 2008-ci ildə kainatda baş verən, qamma-şüa partlayışları, pulsarlar və diffuz qamma-şüa emissiyası kimi enerjili hadisələri öyrənmək üçün buraxılmışdır. Bununla birlikdə, astronomların qarşılaşdıqları başqa bir məhdudiyyət, kainatın görüntüsünü seyreltən Elektromaqnit Spektrində radiasiyanın aşkarlanması üçün bir çox maneənin qalmasıdır. Elektromaqnit şüalanma (ER) maddə ilə qarşılıqlı təsir göstərir və bu səbəbdən udula, əks oluna bilər, qırılır və ya əyilə bilər. Bu, bir nəzəriyyənin dəqiq bir şəkildə sübut edilməsi üçün konkret dəlil toplamaq perspektivini azaldır [1]. Bundan əlavə, astronomların kainatdakı göy cisimlərini və digər əlaqəli hadisələri kəşf etmələrini və aşkar etmələrini əngəlləyir. Çağırış, proqnozlarda mütləq iddialı olmaq uğrunda amansız və çalışqan səyləri, yeni mexanizmlər və fenomenlər icad edib ixtira edən astronomlar və elm adamları tərəfindən qəbul edildi. “Cazibə dalğaları” nın (GW) tədqiqatları olduqca ümidverici oldu.

Cazibə dalğaları olaraq da bilinən cazibə dalğaları, Space-time toxumasındakı narahatlıqlardır [2]. Cazibə dalğalarının mövcudluğu ilk dəfə Albert Einstein tərəfindən 1916-cı ildə “Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi” ndə öngörülmüşdür [2]. Einstein, nəhəng kütlələrin sürətləndiyi zaman (ikili neytron ulduzları sistemi [3] kimi) bunun məkan zamanını elə bir şəkildə pozacağını ki, dalğalı məkan-zaman dalğaları mənbədən uzaqlaşaraq hər tərəfə yayılsın [2] . Bu, cazibə dalğalarını müşahidə edə bilməməsinə baxmayaraq, suyun səthindəki dalğalar və ya dalğalar kimi görünə bilər. Beləliklə, bunlara Kosmik zaman səthinin “dalğaları” da deyilir. Cazibə dalğaları kosmosdakı maddə ilə çox zəif qarşılıqlı təsir göstərir ki, bu da astronomlara kainatın kifayət qədər aydın bir görüntüsünü yaratmağa kömək edir. Dalğalar, təhriflərdən azad olan kosmik məlumat daşıyır (ER-dən fərqli olaraq, maddə ilə qarşılıqlı əlaqə meyli sayəsində). ABŞ-da yerləşən Lazer İnterferometr Qravitasiya-dalğa Rəsədxanası (LIGO) və İtaliyada yerləşən Qız interferometri hazırda kosmik zaman içində cazibə dalğalarını aşkar etmək üçün istifadə olunan yeganə iki interferometrdir. Bu rəsədxanalar müxtəlif kosmik hadisələri müşahidə etmək və anlamaq üçün yer-zaman içərisində cazibə dalğalarının aşkarlanmasına diqqət yetirərək birlikdə işləyirlər. GWs fırlanan cüt neytron ulduzları və ya qara dəliklər tərəfindən istehsal edildikdə, LIGO və Qız bürcləri tərəfindən təsbit edilir.

Qravitasiya dalğası tədqiqatlarının əhəmiyyəti və gələcək əhatə dairələri:

LIGO və Qız bürcünün hazırkı fokusu ikili qara dəliklər və neytron ulduzlarıdır. Bunlar o qədər güclü hadisələrdir ki, planetimizdən minlərlə, milyonlarla və ya milyardlarla işıq ili azad edən cazibə dalğaları hələ də Yerdən aşkar edilə bilər. Bu GW-lər bu cür enerjili fenomenləri anlamağımıza kömək edir və Einşteynin Nisbilik Teorisinin möhkəm sübutunu verir. Qravitasiya dalğasının aşkarlanması artıq “Böyük Partlayış” kimi ən erkən və təsəvvür olunmayan kosmik fenomenlərin bəzi sübutlarını qənaətbəxş şəkildə təmin etmək yolundadır. Qravitasiya dalğasının aşkarlanması texnologiyası inkişaf etməyə başladı və hazırda kosmosda “LISA” (Lazer Interferometer Space Antenna) adlı kəşfiyyat yerinin inşası planları var, bu da kainat haqqında anlayışımızı daha da artıracaq.

“Cazibə qüvvəsi”: Bu barədə kifayət qədər məlumatımız var?

Adi bir insan, cazibə deyilən bu "cəlbedici qüvvə" nin fərqindədir, ancaq bundan daha dərinə gedər. Fizikaya görə cazibə qüvvəsinin əsas tərifi, cazibədar bir qüvvə, ətrafını təsir edən müəyyən bir kütləyə sahib olan hər şey tərəfindən göstərilməsidir. Bununla birlikdə, Einşteynin məşhur “Nisbilik nəzəriyyəsi” nin öyrənilməsini əhatə edən müasir fizikanı öyrənməyə başladığımızda işlər daha özünəməxsus olur. Space-time, Albert Einstein & # 8211 tərəfindən təklif edildiyi kimi bir kütlədir; kütləsi olan bir cisim cazibə qüvvəsini cisimin ətrafındakı əyri şəkildə tətbiq edəcəkdir. Bunu çox sadə bir təcrübə ilə görselleştirebilirsiniz. Bir top götürün və uzanan çarşafın və ya bir bezin üzərinə qoyun. Müşahidələr budur ki, çəkisinə görə çarşafda depressiya yaradır. Eynilə, bir cisim kütləsi səbəbindən öz cazibəsini tətbiq edir və dolayısı ilə yer-zaman parçasının səthində depressiya yaradır. Fikir daha yaxşı başa düşülməsi üçün aşağıdakı şəkillər 1 & amp 2-də şəkilli şəkildə təsvir edilmişdir.

Ancaq neytron ulduzları kimi böyük kütlələri düşündükdə, Yerin çəkisi Yer-zamana təsirini artır və ulduz fırlanırsa və ya Binary Star Systems kimi elmi olaraq tanınmış başqa bir ulduzla bir orbitdə olarsa daha da artır. Son dərəcə sıx və yüksək dərəcədə sürətlənmişlər və bu enerjili hadisələr səbəbindən məkan zamanının təhrif edilməsi, məkan zamanının toxumasının səthində mənbədən xaricə çıxan “Dalğalar” əmələ gətirir. Bir fincan su götürüb sonra içərisinə bir əl qarışdırıcı qoyaraq bu fenomeni görselleştirebilirsiniz. Bu vəziyyətdə müşahidə, qarışdırıcı işə salındıqda, bıçaqları fırlandıqda və sürətlənməyə səbəb olduqda, suyun səthində dalğalanma və ya dalğaların görülə biləcəyi zaman nəticəyə gəlmək olduqca sadə olacaqdır. Bu, yer-zaman parçasında cazibə dalğalarının əmələ gəlməsinin yuxarıdakı astronomik hadisələrinə bənzəyir. Qalan yalnız mürəkkəblik, yalnız aşkar edilər, görülə bilməmələridir. Kosmik fenomeni şəkilli izah etmək cəhdi aşağıda 3 və amp 4 şəkillərində görülür.

Cazibə dalğaları konsepsiyasını daha dərindən başa düşmək üçün aşağıdakı sualların cavablarını anlamaq məcburidir:

  1. Qravitasiya dalğalarına səbəb olan nədir?
  2. Qravitasiya dalğalarının yer üzünə təsiri necə ola bilər? Hər aşkar edilmiş cazibə dalğasının yer üzündə potensial mənfi təsiri varmı? Hansı sürətlənmiş kütlələr alimlərə Qravitasiya dalğalarını aşkarlamağa kömək edir?
  3. Hal-hazırda cazibə dalğalarını aşkarlamaq üçün hansı alətlər istifadə olunur? Necə işləyirlər?
  4. Təkamülümüzü sübut etmək və ya heç olmasa iddia etmək üçün cazibə dalğa sübutlarına əsaslanan hər hansı bir nəzəriyyə varmı?

Qravitasiya dalğalarına səbəb olan nədir?

Cazibə dalğalarına bir çox kosmik fenomen səbəb ola bilər, lakin bu günə qədər cazibə dalğalarının mənbələrini aşkar edən detektorlar fırlanan və toqquşan neytron ulduzları, qara dəliklər və supernova partlamaları ilə məhdudlaşır. Məkan-zaman təhriflərinə səbəb olan bir çox başqa kosmik fenomen ola bilər. Lakin mövcud məhdudiyyətlər səbəbindən mövcud mənbələrin kəşfləri cazibə dalğalarını təhlil etmək və anlamaq üçün mümkün olan ən yaxşı vasitə hesab olunur. Aşkarlanan dalğalar, kosmosdakı böyük məsafələrdə bu dalğaların enerjisini itirməsi səbəbi ilə yer üzündə təhriflərə səbəb olacaq böyük bir ölçüdə deyil.

Qravitasiya dalğalarının yer üzünə təsiri necə ola bilər? Hər aşkar edilmiş dalğanın yer üzündə mənfi təsiri varmı? Hansı sürətlənmiş kütlələr elm adamlarına cazibə dalğalarını aşkarlamağa kömək edir?

Qravitasiya dalğalarından bir “təhrif effekti” demək olar ki, yer kürəsi bir hissəsində genişlənir və digər hissəsində sıxılır (kosmosda böyük bir məsafə qət etdikdən sonra Yerə çatır). Ancaq elm adamları bu günə qədər yer üzündə belə bir kosmik fenomendən qaynaqlanan əhəmiyyətli bir təsir qeydə almamışlar. Bunun səbəbi, yer üzündən çox işıq ili məsafədə meydana gəldiyindən, bu fenomenlərdən gələn Cazibə dalğaları başlanğıc enerjilərinin əhəmiyyətli bir hissəsini itirir. Buna görə hər hansı bir təhrifi müşahidə etmirik və ya qeyd etmirik. Bu yalnız yer fenomenlərin yerləşdiyi yerə kifayət qədər yaxın olsaydı mümkün olardı. Bunun əvəzinə yerin aldığı şey o qədər kiçikdir ki, alimlər lazer interferometri kimi uyğun alətlər olmadan onu çətinliklə aşkar edə bilirlər.

2015-ci ildə LIGO və Qız iş birliyindəki elm adamları, 1,3 milyard il əvvəl iki böyük qara dəliyin toqquşması səbəbindən sərbəst buraxılan bu dalğaları aşkar etməkdə müvəffəq oldular. Bu, Einşteynin Nisbilik Teorisi üçün dəstəkləyici dəlillər təqdim etdi. Bu LIGO xaricində fırlanan asimmetrik neytron ulduzları kimi digər böyük ulduz obyektlərini əhatə edən 50 təhrif aşkar etmişdir.

Hal-hazırda cazibə dalğalarını aşkarlamaq üçün hansı alətlər istifadə olunur? Necə işləyirlər?

İnterferometr 19-cu əsrdə bir alim Albert Michelson tərəfindən hazırlanmışdır. Alət, təcrübələrdəki dəqiqəlik dəyişiklikləri ölçmək üçün bir çox fərqli tədqiqat təcrübələrində istifadə olunur. Adından da göründüyü kimi, iki və ya daha çox işıq mənbəyindən müəyyən müəyyən məsafələrdə və açılarda yerləşdirilmiş güzgülərdə əks olunaraq müdaxilə nümunələri istehsal etmə prinsipi üzərində işləyir [4]. "Lazer" in ixtirası ilə (Stimüasiya Edilmiş Radiasiya İşığını Amplifikasiya), Michelson’un interferometrinin əsas modeli inkişaf etmişdir. Ən son ixtira lazer İnterferometridir və eyni zamanda ABŞ-da “Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası” və ya qısaca LIGO tərəfindən yerləşdirilən ən böyük ixtiradır. Tək lazer işığından müdaxilə nümunələri yaratmaq prinsipi üzərində işləyir.

İnterferometr necə işləyir?

Tək mənbədən gələn lazer işığı, lazeri iki ayrı şüaya bölən bir güzgünün əks olunması ilə vakum kamerasının iki qolu boyunca (bir-birinə dik yerləşdirilir) aşağıya doğru hərəkət edir. Şüanı ikiyə bölən güzgü lazer mənbəyindən 45 ° bucaq altında yerləşdirilir. Vakuum kamerası, şüanın təhrif olunmaması üçün lazerlərin maddə və ya qaz hissəcikləri ilə qarşılıqlı təsirinin qarşısını almağa kömək edir.

Lazer işığı iki güzgünün səthinə dəyir [5], (hər biri sırasıyla iki qolun sonunda yerləşdirilir) və əks olunur. Lazer şüaları əvvəlcə yayıldıqları ardıcıl iki qoldan geri çəkilir.

İki lazer şüası mənbənin önünə qoyulmuş ilk güzgüyə çatır. Lazer şüaları yenidən bazaya birləşir. Şüalar bir-birlərini ləğv edəcək şəkildə. İki işıq dalğasının zirvələri və vadiləri əksinə hizalanır (yəni vadi zirvənin üstündən hizalanır) ki, hər ikisi birləşdirildikdə sıfır alın və ya sıfırlayıcı bir təsir göstərsin.

Bir cazibə dalğası interferometrə çarpdıqda, zaman-məkanı təhrif edir, nəticədə güzgülər əvvəlki yerlərindən hərəkət edirlər (bir protonun diametrinin təxminən 1/10 hissəsi üçün). Bu, iki lazer şüasına müdaxilə edir və orijinal uyğunlaşmasını pozur və beləliklə artıq bir-birlərini ləğv etmirlər. Nəticədə yeni pozulmuş vəziyyətdə (paralaks xətası) lazer şüası bir detektorun üzərinə düşür. Bu, bir cazibə dalğasının aşkar edildiyinin sübutudur. Hər dəfə maksimum dəqiqliklə ölçülməsi lazım olan bir sıra davamlı təhriflər siqnalların cazibə dalğaları olduğuna dair dəlillər gətirir. İnterferometr növlərinin diaqramik bir təsvirinə rəqəmlər 5 və amp 6-da baxmaq olar.

İndiyə qədər LIGO bir sıra təsdiqlənmiş cazibə dalğaları aşkarladı və bu kosmik fenomenin daha dəqiq ölçülməsi üçün texnologiyasını hər keçən gün təkmilləşdirir. Alınan məlumatların dəqiqliyini təmin etmək üçün LIGO, hər biri 1900 mil məsafədə yerləşdirilmiş iki rəsədxana fəaliyyət göstərir. Hər iki rəsədxana tərəfindən bir siqnal təxminən eyni intensivliklə alınırsa, bunun bir cazibə dalğası olma şansı artır.

Gələcəkdə sübut olunan və ya sübut ediləcək cazibə dalğalarının mövcudluğuna əsaslanan bir nəzəriyyə varmı?

GW-lərin elmi cəhətdən etibarlı aşkarlanması, hələ 2015-ci ildə bir qara dəlik toqquşmasının aşkarlanmasından irəli gəldi. İki cüt qara dəliyin toqquşaraq təxminən 1,3 milyard il əvvəl kütləvi bir qara dəlik meydana gətirdiyi təsbit edildi. Daha dəqiq desək, cazibə dalğaları 14 sentyabr 2015-ci il tarixində, EDT səhər 5: 51-də aşkar edilmişdir. Livingstone'daki LIGO rəsədxanası, Hanford'daki LIGO rəsədxanasından 7 milisaniyə əvvəl cazibə dalğalarını təsbit etdi. Bu, Einşteynin “Nisbilik nəzəriyyəsi” nin qəti sübutunu verdi. Einşteynin proqnozlarına görə, bir cüt kütləvi cisim (məsələn, neytron ulduzlarının ikili orbitləri və ya Qara dəliklərin ətrafında dövrə vurmaq kimi) cazibə dalğaları yayaraq öz fırlanma enerjilərini buraxır və ya itirirlər. İndi xüsusi olaraq Qara dəliklərin ətrafında dövr etmə vəziyyətini nəzərə alaraq, cazibə dalğaları şəklində enerjinin xaric edilməsi çox daha yüksəkdir və bu da orbitin fırlanma enerjisinin azaldığını göstərir. Nəticədə, birləşdirilmiş qara dəliklərin kütləsinin bir hissəsini enerjiyə çevirən tək və küt bir qara dəlik yaranır. Bu anlayış Einşteynin düsturuna uyğundur E = mc 2 . Bu enerji GW-lərin son güclü bir partlayışı kimi yayılır. LIGO-nun müşahidə etdiyi bu cazibə dalğalarıdır [6].

Algılama ayrıca səsə çevrildi və Caltech və MIT tərəfindən ictimai məkanda bir video olaraq təqdim edildi.

Fiziklərin cazibə dalğalarını aşkarlamaqda müvəffəq olduğunu nəzərə alsaq, nəzəriyyələri tam dəqiqliklə təmin etmək hələ də yaxın deyil. Beləliklə, fiziklərdən və mühəndislərdən GW nəzəriyyəsini həll etmək üçün davamlı mexanizmlər və texnologiyalar inkişaf etdirməyi tələb edir.

Bu məqalədə cazibə dalğalarının konsepsiyası, işləməsi və təsiri və onların tədqiqatları barədə əsas biliklər müzakirə edilmişdir. Qravitasiya dalğası tədqiqatları, xüsusən 2015-ci ildə ilk aşkarlandıqdan sonra son dərəcə populyardır. Rainer Weiss, Barry Barish və Kip Thorne, interferometrenin heyrətamiz istifadəsi və ən sadə üsullardan birində nəticə çıxardığı üçün Nobel Fizika Mükafatına layiq görüldü. lakin yer üzündə inkişaf etmiş işləyən meqa strukturlar. Alimlər alınan daha dəqiq məlumatların analizini gözləyirlər yəni. Qravitasiya dalğalarının aşkarlanması. LIGO və Qız iş birliyi, 13.7 milyard il əvvəl “Böyük Partlayış” dan gələn cazibə dalğalarını aşkar etmək qabiliyyətinə sahib olduğunu sübut etdi. Bu günə qədər cazibə dalğaları, alimlərin Eynşteynin Nisbilik nəzəriyyəsinə tapdıqları ən güclü sübutlardan biri olaraq qalır. Qravitasiya dalğası tədqiqatları, Supernova, Magnetar [7] toqquşmaları və Döner Asimmetrik Neytron ulduzları da daxil olmaqla ən şiddətli, mürəkkəb və sirli hadisələrə bir fikir verir. Qara dəlik arasındakı toqquşma (çox güman ki, ulduz qara dəliklər) 2015-ci ildə ABŞ-da geridə qalmış zaman parçasının varlığına dair ilk qəti sübutu verdi. Toqquşma təxminən 1,3 milyard il əvvəl baş vermiş və “dalğalanmalar” 14 sentyabr 2015-ci ildə aşkar edilmişdir ki, bu da GW-lərin və ya işıq sürətində yer-zaman səyahətindəki “dalğaların” gerçəkliyini sübut edir. Periyodik inkişaflar və inkişaf etmiş texnika və texnologiyaların tətbiqi alimlərə ulduz fenomenlərini dəqiq ölçməkdə kömək edəcək və bizi böyük partlayışdan dərhal sonra sərbəst buraxılan cazibə dalğalarının son dərəcə aşkarlanmasına yaxınlaşdıracaq və nəzəriyyəyə dəlil gətirəcəkdir. 13,7 milyard il əvvəl "Böyük Partlayış" dan sonra meydana gələn "dalğalar" indi "Böyük Partlayış" və "Einşteynin Nisbilik nəzəriyyəsi" kimi nəzəriyyələri dəstəkləyən bir dəlil olaraq tapıla bilər. Michelson & # 8217s interferometrinin cazibə dalğalarının ölçülməsi üçün Lazer İnterferometrinə dəyişdirilməsi müasir dövrün böyük elmi irəliləyişidir.

  1. & # 8220Niyə onları aşkarlayırıq? & # 8221. 2020. LIGO Laboratoriyası | Caltech. https://www.ligo.caltech.edu/page/why-detect-gw
  2. & # 8220Qravitasiya dalğaları nədir? & # 8221. 2018. LIGO Laboratoriyası | Caltech. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-are-gw
  3. & # 8220Neutron Ulduzları & # 8221. 2018. National Geographic. https://www.nationalgeographic.com/science/space/solar-system/neutron-stars/
  4. & # 8220Bir interferometr nədir? & # 8221. 2020. LIGO Laboratoriyası | Caltech. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
  5. Güzgülər, Wolchover, Natalie adlı eksperimentdə çatışmazlıqların qarşısını almaq üçün dünyanın ən yaxşı keyfiyyət və təcrübə xüsusiyyətlərinə malikdir. 2020. & # 8220Mükəmməl Güzgü yaratmaq üçün Fiziklər Camın Gizemi ilə üzləşirlər & # 8221. Quanta jurnalı. https://www.quantamagazine.org/to-make-the-perfect-mirror-physicists-confront-the-mystery-of-glass-20200402/
  6. & # 8220Einşteynin Proqnozundan 100 İl Sonra Cazibə Dalğaları Aşkarlandı & # 8221. 2020. LIGO Laboratoriyası | Caltech. https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211
  7. Kaspi, Victoria M. və Andrei M. Beloborodov. 2017. & # 8220Magnetars & # 8221. Astronomiya və Astrofizikanın illik icmalı 55 (1): 261-301. doi: 10.1146 / annurev-astro-081915-023329.

Şəkil istinadları

  1. Cover Page Figure: İkili Qara dəlik sisteminin bədii təsviri (Kredit & # 8220Gəlir Qüvvələri Qravitasiya Dalğalarının Riyazi İmzasını Daşıdır & # 8221. 2019. MIT Technology Review. Https://www.technologyreview.com/2019/12/14/131574 / gelgit qüvveleri-cazibə dalğalarının riyazi-imzasını daşıyır /.)
  2. Şəkil 1:Yerin Space-Time təmsilçiliyi (Kredit: & # 8220Kvant mexanikası məkanın mövcudluğunu izah edə bilərmi? & # 8221. 2019. Jurnalı kəşf edin. Https://www.discovermagazine.com/the-science/could-quantum-mechanics-explain -fəzanın mövcudluğu.)

3. Şəkil 2: Yerin qonşu şəklinə bənzər bir uzanan təbəqəyə bir top qoyulduğu bir təcrübə. (Kredit: & # 8220Cazibə haradan gəlir? & # 8211 Universe Today & # 8221. 2013. Universe Today. Https://www.universetoday.com/75705/where-does-gravity-come-from/.)

4. Şəkil 3: İkili neytron ulduzlarının yaratdığı cazibə dalğaları haqqında bir sənətkarın təəssüratı. (Kredit: & # 8220NSF’S LIGO Cazibə dalğalarını təsbit etdi & # 8221. 2016. NASA. Https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nsf-s-ligo-has-detected-gravitational-waves/.)

5. Şəkil 4: Suyun səthindəki Qravitasiya Dalğalarına bənzər dalğalar. (Kredit: & # 8220Water Ripples Free Stock Photo & # 8211 Shotstash & # 8221. 2020. Shotstash. Https://shotstash.com/photo/water-ripples/.).

6. Şəkil 5: Michelson İnterferometrinin Diaqramik təsviri. (Kredit: & # 8220The Michelson Interferometer & # 8211 A Laser Lab Alignment Guide & # 8221. 2018. Wiredsense. Https://www.wiredsense.com/tutorials/the-michelson-interferometer-a-laser-lab-alignment-guide .)

7. Şəkil 6: LIGO tərəfindən lazer interferometrinin diaqramik bir təsviri. (Kredit: & # 8221What an Interferometer? & # 8221. 2020. LIGO Lab | Caltech. Https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer.)

* Delhi Dövlət Məktəbi, Neelbad, Bhopal, Madhya Pradesh, 462024, Hindistan. E-poçt: [e-poçt & # 160 qorunur]


Videoya baxın: Eninə və uzununa dalğalar. (Sentyabr 2021).