Astronomiya

Çox uzaqdakı cazibə dalğaları bizə heç çatacaqmı?

Çox uzaqdakı cazibə dalğaları bizə heç çatacaqmı?

Cazibə qüvvəsi, zamanın əyriliyidir və təsirləri işıq sürətində hərəkət edir. Bununla birlikdə, yer genişlənir; nəticədə uzaq qalaktikalardan gələn işıq getdikcə daha çox qırmızıya çevriləcək və biz artıq onları görə bilməyəcəyik (mənbə).

Beləliklə, nə qədər görə biləcəyimizin bir həddi var, çünki kosmosun sürətlə genişlənməsi sayəsində işıq heç vaxt bizə çatmayacaq ... ya da heç olmasa bunu düzgün başa düşsəm.

İndi cazibə dalğaları işıq sürətində hərəkət edir. Yəni, kifayət qədər vaxt keçdikdən sonra, bir cismin işığı artıq bizə çatmadıqda, cazibə qüvvəsi bizə də təsir etməyəcəkmi?

Daha yaxşı bir söz dəyişdirmə: zamanın müəyyən bir nöqtəsində, hər hansı bir son dərəcə uzaq bir cismin - ən kütləvi ulduzların, qara dəliklərin və ya hətta cazibə qüvvəsi olacaqmı? qalaktikalar - sadəcə bizə heç bir zərrə qədər təsir etmir?


Buradakı cavab işıq haqqında soruşduğunuza çox oxşayır.

Prinsipcə cazibə dalğaları bizə böyük partlayışdan sonra bir saniyəlik hissələrə imkan verə bilər. Elektromaqnit dalğaları, böyük partlayışdan təqribən 400.000 il sonra kosmik fon radiasiyasının əmələ gəldiyi yeri görə bilər.

Haqlısan, kainat genişləndi. İndiki dövrdə işıq yayan cisimlər və ya indi bizə çata biləcək GW-lər olan müşahidə edilə bilən kainatın 46 milyard işıq ili olduğu təxmin edilir.

Bununla birlikdə, kainatın bu üfüqdən çox davam etməsi ehtimalı böyükdür və bu üfüqdən kənar mənbələr heç vaxt bizə çatacaq bir işıq və ya GW çıxara bilməz.

Vikipediyanın müvafiq hissəsində (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Observable_universe) qeyd olunduğu kimi, GW-lərin aşkarlanması baxışımızı çox az uzadır. Kosmik mikrodalğalı fonun "dumanı" səbəbindən 45,7 milyard işıq ilindən sonra elektromaqnit dalğaları ilə "görə bilmirik", lakin GWs bu sisin içinə girə bilər (prinsipcə) hal-hazırda 46,6 milyard işıq ili uzaqdakı obyektlərdən gələn siqnalları görməyə imkan verir.


Yeni bir astronomiya dövrü cazibə dalğalarına necə minəcək

2017-ci il Fizika üzrə Nobel Mükafatı kosmik hadisələri müşahidə etmək üçün tamamilə yeni bir yol açaraq kosmik zaman içərisində incə dalğaları aşkar edən bir fizik üçlüyünə getdi.

Təxminən 1,3 milyard il əvvəl, uzaq bir qalaktikada, iki nəhəng qara dəlik şiddətlə toqquşaraq məkan zamanının toxumasında dalğalar yaratdı. Cazibə dalğaları adlanan bu dalğalar 14 sentyabr 2015-ci ildə Yer üzündən keçdi. İnsanlar ilk dəfə olaraq cazibə dalğalarının hiss olunmayan hərəkətini təsbit etdilər.

Albert Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi cazibə dalğalarını bir əsr əvvəldən proqnozlaşdırmışdı, ancaq 21-ci əsrin əvvəllərində Lazer İnterferometr Qravitasiya-dalğa Rəsədxanası (LIGO) qurulana qədər bunlara dair dəlil tapmaq şansı yox idi.

LIGO bu dəlili 2015-ci ildə tapdı. Yenə də üç ay sonra. Və yenə də keçən yanvar ayında. Və yenidən avqust ayında. Dörd cazibə dalğa təsbitinin hər biri, LIGO komandasının tarixə düşməsini təmin edərək Einşteyn nəzəriyyəsinə daha çox dəstək verdi.

Çərşənbə axşamı, İsveç Kral Elmlər Akademiyası, LIGO dizaynı, quruluşu və istifadəsi işlərinə görə LİGO memarları Rainer Weiss, Kip Thorne və Barry Barish'a 2017 Nobel Fizika Mükafatını verdiyindən bu miras qızıl rəngdə həkk olundu.

Ancaq bu ilk dörd təsbit və alimlərə verilən şərəf yalnız başlanğıcdır. LIGO-nun müvəffəqiyyəti yeni bir astronomiyanın başlanğıcından xəbər verir.

Kamala Harrisin portfeli böyüdükcə, araşdırma da artır

"Bu, kainata yeni bir pəncərə açır" deyir İthaka, N.Y.-də olan Cornell Universitetinin nəzəri astrofiziki Saul Teukolsky, - Və hər dəfə yeni bir pəncərə açıldığında inanılmaz kəşflər etdik. "

İndiyə qədər astronomlar kainatı müşahidə etmək üçün əsasən elektromaqnit şüalanmaya güvənirdilər. Cisimlər geniş bir spektrdə elektromaqnit dalğaları yayır, bəziləri insan gözünə işıq kimi görünür, lakin hamısını hazırda Yerdə və ya orbitdə istifadə olunan teleskoplar aşkar edir.

Ancaq cazibə dalğaları astronomların kainata tamamilə fərqli bir şəkildə baxmasına imkan verir: hərəkət yolu ilə.

“Hər şey cazibə dalğaları yaradır. Siz və mən ağızlarımızı açıb danışaraq cazibə dalğaları yaradırıq. Maddə hər dəfə hərəkət etdikdə cazibə dalğaları əmələ gəlir ”deyə Arizona Dövlət Universitetinin nəzəri fizik və kosmoloqu Lawrence Krauss izah edir.

Elektromaqnit şüalanma dalğa boyu spektrində hərəkət edə bildiyi kimi, bu cazibə dalğaları da ola bilər. Əsrlər boyu teleskop quruluşunda astronomlar kainatı radio dalğalarından qamma şüalarına qədər həmin elektromaqnit spektri boyunca müşahidə etmək qabiliyyətlərini artırdılar. İndi isə astronomlar bütün cazibə dalğalarını da tuta bilən daha yaxşı və daha yaxşı detektorlar yaratmağa can atırlar.

Rochester Texnologiya İnstitutunun Hesablama Nisbilik və Qravitasiya Mərkəzinin direktoru Manuela Campanelli, "Bu tamamilə yeni bir astronomiya növüdür" deyir.

Qravitasiya dalğa müşahidələrini mövcud texnika məlumatları ilə birləşdirmək astronomiyada inqilab yarada bilər.

Məlum olduğu kimi çox mesajlı astronomiya, astronomlara kainatın başlanğıcından bəri kosmik hadisələr haqqında fikirlər təqdim edir. Alimlər elektromaqnit şüalanma, cazibə dalğaları, neytrinolar və kosmik şüalardan alınan məlumatları birləşdirərək qara dəliklərin, neytron ulduzlarının və digər kütləvi cisimlərin toqquşmalarının ətraflı şəkillərini toplaya bilərlər.

"Bu mənbələrdə və ətrafında nələrin baş verdiyini çox şey öyrənmə ehtimalı var" deyir Dr. Campanelli, "çünki indi məlumat çıxarmaq üçün bir çox müstəqil vasitə var."

Professor Teukolsky deyir ki, toqquşan neytron ulduzlarının möhtəşəm atəşfəşanlığı hazırda elektromaqnit dalğa boylarında müşahidə edilə bilər, buna görə elm adamları bunların nədən ibarət olduğunu bir az bilirlər. Ancaq neytron ulduzlarının nüvə fizikası necə işlədikləri hələ müəyyənləşdirilməyib. Və cazibə dalğaları bu əsas məlumatı əlavə edə bilər.

Teukolsky izah edir ki, cazibə dalğaları, elektromaqnit dalğalarından fərqli olaraq, kainatdan keçərkən digər cisimlər tərəfindən mənimsənilmir. Beləliklə, cazibə dalğaları ilə “davam edən bu şiddətli partlayışların içərisindəki şeyləri görə bilərik” deyir.

Astronomlar əsas fizika, nüvə fizikası və davamlı fenomenlərlə əlaqəli suallara qara dəliklər kimi kütləvi cisimlərin toqquşmasından kainatdakı sabit hərəkətin incə dalğalanmalarına qədər yayılan cazibə dalğaları istifadə edərək cavab verməyə ümid edirlər. Və bəlkə də cazibə dalğaları astronomların kainatın özünün mənşəyi ilə bağlı suallara cavabları daşıyacaq.

Qarşıda duran bəzi kəşflər indi astronomlar üçün təsəvvür olunmaz ola bilər.

Önəm verdiyiniz Monitor Hekayələrini gələnlər qutunuza çatdırın.

"Bu, yeni bir astronomiya dalğasının yalnız başlanğıcıdır" deyir Dr. Krauss. “Bu geniş yeni pəncərəni açdığımız və təəccüblənmədiyimiz bir vaxt daha düşünə bilmirəm. Qravitasiya dalğalarını başqa nə yaradır? Kainatda müşahidə edə biləcəyimiz başqa hansı kataklizmik hadisələr var? Kim bilir? Kəşflərlə əlaqəli ən yaxşı şey budur: onlar kəşflərdir. ”


Bir kəşfin ilk dalğaları

Qravitasiya dalğaları ilk dəfə Henri Poincaré tərəfindən 1905-ci ildə işıq sürətində yayılan məkan zamanının toxumasında narahatlıqlar kimi irəli sürülmüşdür. On il sonra Einşteynin Ümumi Nisbilik nəzəriyyəsi bu fikirləri rəsmiləşdirdi. Newtonian cazibə təfsirində qadağan olunmuş kosmik zamandakı narahatlıq konsepsiyası, kainatın özünü kosmik hadisələrin açıldığı bir mərhələ kimi deyil, bu hadisələrin oyunçusu kimi qəbul edən bir nəzəriyyədə tamamilə icazə verildi.

Cazibə dalğaları ümumi nisbiliyin mərkəzində olan ümumi tensor tənliklərinə ‘dalğa bənzər’ bir həll tapma ehtimalından yaranıb. Einşteynə görə, cazibə dalğaları çox sıx neytron ulduzlarının ikili sistemləri və qara dəliklərin birləşməsi kimi kütləvi cisimlərin qarşılıqlı təsiri ilə kütləvi şəkildə yaranmalıdır, əslində hər hansı sürətlənən cisimlər tərəfindən yaradıla bilər, ancaq Yerlə əlaqəli sürətlənən cisimlər. aşkar etmək üçün çox kiçik narahatlıqlara səbəb olur. Buna görə araşdırmalarımız niyə təbiətin bizə daha kütləvi olan cisimlər təqdim etdiyi kosmik sahələrə yönəlməlidir.

Einstein, böyük kütlə cisimləri, cazibə dalğaları tərəfindən yaradılan bu dalğaların o dəqiqə təsəvvür edilə bilən hər hansı bir texnoloji vasitə ilə aşkar etmək mümkün olmayacaq qədər dəqiq olacağını təxmin etdi.

Xoşbəxtlikdən Einstein səhv etdi.


LIGO astronomiyada dalğaları necə yaratdı

Einşteynin hələ müşahidə etmədiyi proqnozlardan biri cazibə dalğaları idi və bu, LIGO komandasının bu ayda tapdığı şeydir. Graihagh Jackson elan üçün orada idi və alim Prof. Norna Robertson ilə bunu necə etdikləri barədə danışdı.

Norna - Dediyimiz hadisə bir-birinin ətrafında dövr edən iki qara dəlik idi və eyni zamanda bir-birlərinə tərəf irəliləyirlər, çünki bir-birinin ətrafında dövr etdikləri zaman enerjilərini itirirlər və buna görə də sürətlənirlər və dolaşır, daha sürətli və daha sürətli nəhayət birləşənə qədər. Və saniyənin bir hissəsində baş verən bu son ilhamverici və birləşmə böyük bir cazibə dalğası partlaması meydana gətirir.

Graihagh - Və bu bizə kainat boyunca dalğalanır. Bizə çatmaq üçün nə qədər vaxt lazımdır?

Norna - Hadisə bir milyard il əvvəl, milyard işıq ili uzaqlıqda bir şey oldu və kosmosda bizə doğru dalğalanmaq və 14 sentyabr 2015-ci ildə Yer kürəsindən keçmək üçün bütün vaxt lazımdır.

Graihagh - Həqiqətən olduqca diqqətəlayiqdir, elə deyilmi?

Norna - Diqqətlidir. Çox gözəl. Dedektorlar inkişaf etdirməkdə və bütün analiz texnikalarını inkişaf etdirməkdə çox sayda insan var və hamımız üçün bu həqiqətən əlamətdar bir hadisədir.

Graihagh - Norna ilə yanaşı, 16 ölkədə min alim kimi bir şey 25 ildir birlikdə işləyir! Norna kimi, Glasgow Universitetindən Sheila Rowan da bütün karyerasını bunları axtarmağa sərf etmişdir.

Sheila - Mən elm adamı olmaq istəyirdim və fizik olmaq istəyirdim, düşünürəm, təxminən doqquz yaşım var idi. Gənc ikən həyatda bu böyük sualları və kainatı öyrənməyə sərf etməkdən daha həyəcanlı bir şey düşünə bilməzdim. Çölə çıxanda başını qaldıranda hər şey haradan gəldi? Orada nə var? Nə qədər gedir? Və bəxtim gətirdi ki, ömrümü bu sahədə işləmək və bunu etməklə keçirə bildim.

Graihagh - Bütün zəhmətinin bəhrələndiyini görmək üçün kifayət qədər şanslı. Bəs LİQO onları necə aşkarladı?

Sheila - Əlbəttə ki, istehsal edildikdə, iki qara dəlik toqquşduqca çox böyük bir enerji var, ancaq sonra kainat boyunca yayılmalı və gəzməlidir. Beləliklə, dünyadakı bizə çatdıqda, bu kiçik bir siqnaldır və bu, bunu etmək üçün kifayət qədər həssas alətlər düzəltməyimizin çətin olduğunu göstərir. Bunu etmə yolumuz lazerdən işıq götürmək, bu lazer işığını ikiyə böldük və dörd kilometrlik iki yol boyunca göndəririk. Bu yolların sonunda güzgülərə dəyir, bu güzgülər lazer işığını geri göndərir, işıq yenidən orada əlavə olunur və parlaq bir ləkə əldə etməyiniz üçün əlavə olub olmadığını və ya özünü ləğv edib qaranlıq bir ləkə əldə etdiyinizi, işığın o dörd kilometrlik yolda nə qədər getdiyinə bağlıdır. İndi bir cazibə dalğası nə edir, qolların uzunluqlarını, işığın keçdiyi yolları dəyişdirir və təməl olaraq qoyduğumuz güzgüləri sarsıtmaqla edir. Bəla ondadır ki, onları çox sarsıtmasın - bu güzgüləri bir atomun içindəki bir proton ölçüsünün təqribən 1 / 10,000-i silkələsin.

Graihagh - Bəs bunu necə ölçərdin?

Sheila - Bu, böyük bir çətinlikdir və bunu etmək üçün onilliklər boyu çəkilən işin səbəblərindən biridir və bu da vacib olan müxtəlif şeylərdir. Əlbəttə ki, inanılmaz dərəcədə vacib bir şey, cazibə dalğasının silkələyəcəyi güzgüləri götürmək və başqa bir şeyin onları sarsıtmadığından əmin olmaqdır. Beləliklə, onları yalnız yerə otura bilmədik, çünki yer hər zaman hərəkət edir. Uzaqdakı zəlzələlər səbəbindən titrəyir, sadəcə insanların keçmiş maşın sürdüyünə görə titrəyir, buna görə bunu edə bilmərik. Bunun əvəzinə biz güzgüləri götürürük və onları asırıq.

Graihagh - İndi divara bir güzgü asmağınız belə deyil - heç bir kişi yoxdur. Çünki keçən bir cazibə dalğası bir güzgünü bir protonun genişliyindən az və Şeylanın qeyd etdiyi bütün bu şeyləri hərəkətə gətirərdi: seysmik aktivlik, hətta maşınlar, güzgüləri hərəkətə gətirər və bizə yanlış bir müsbət təsir göstərə bilər. Bəs hərəkətsiz bir güzgü necə edirsən - soruşduğunu eşidirəm? Əsas şeylərdən biri də güzgünü asdığınız şeydir. LIGO, asmaq üçün ultra yüksək texnoloji şüşə və ya silisium istifadə edir, çünki silisium molekulları çox sarsılmaz. Bunu ətrafdakı ən xülya amortizatorlar kimi düşünə bilərsiniz. Bu, güzgünü demək olar ki, hərəkətsiz edir. Son əsas komponent, hamısının güzgüyə qoşulan yüzlərlə komponentin hərəkətini qeyd edən birdən çox cihazın olmasıdır. Bu müxtəlif texnikaların nə qədər hərəkət etdiyini bilmək, bu kiçik hərəkətləri böyük bir dəqiqliklə hesablaya biləcəkləri deməkdir. İndi bu hərəkətsiz güzgüləri düzəltdiklərinə və hətta bir cazibə dalğasını aşkar etdiklərinə görə, sonrakılarını nə vaxt aşkarlayacaqlar?

Sheila - Bunun cavabını hələ bilmirik. Daha çox məlumatımız var, hələ oraya baxmaq və orada nə olduğunu görmək üçün vaxtımız olmadı. Beləliklə, bilmirik, bizdən cavab almaq üçün gözləməli olacaqsınız, amma söz veririk ki, çox axtarırıq.

Graihagh - O zaman bu boşluğa baxırsınız?

Sheila - Və ya Qlazqodakı həmkarımın tez-tez "bu kosmik vaxta baxın" dediyi kimi.


Çox uzaqdakı cazibə dalğaları bizə heç çatacaqmı? - Astronomiya

Gecə səmasına baxanda Kainatın çox xüsusi bir mənzərəsini görürsən. Ulduz kimi cisimlərdən optik dalğa boylarında elektromaqnit şüalanma, işıq görürsünüz. Gözləriniz başqa bir işığın dalğa boyu olan radio dalğalarını görə bilsəydilər, Kainatın çox fərqli bir mənzərəsini görərdilər. Radio işığının mənbələri optik işıq mənbələrindən fərqlidir. Astronomlar, elektromaqnit şüalanmanın bütün spektrini görmək üçün hər cür teleskop qurmaq istəyirlər. Süd Yolu Qalaktikasının bütün fərqli dalğa boylarında bir görünüşünü burada görə bilərsiniz (bu səhifədən) və gördüyünüz mənzərənin hansı növ teleskop qurduğunuza görə çox fərqli olduğunu görə bilərsiniz.

Demək olar ki, bütün astronomiya tarixi boyunca Kainatı elektromaqnit pəncərəsindən izlədik. On illərdir ki, astronomlar Kainatı tamamilə ayrı bir pəncərədən: qravitasiya pəncərəsindən görməklə maraqlanırlar. Elektromaqnit dalğalarından fərqli olaraq, cazibə dalğaları, cisimlərin bir-birindən kiçik miqdarda bir-birinə yaxınlaşmasına və ya uzaqlaşmasına səbəb olan kosmik zamandakı çox cüzi dəyişikliklərdir. Bunlar Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən proqnozlaşdırılır və bu səbəbdən bir aşkarlama nəzəriyyəni dəstəkləyən əlavə dəlillər təqdim edir. Cazibə dalğalarının mənbələri çox ekzotikdir, ən diqqətəlayiq olan neytron ulduzları və ya yaxın bir orbitdəki qara dəliklər kimi iki kompakt cisimdir. Bir-birinin ətrafında dövr etdikləri zaman sistemdən cazibə dalğaları yayılır. Enerji sistemdən ayrıldığından, iki obyekt nəticədə şiddətli bir hadisə ilə birləşənə qədər orbitlər azalır. Cazibə dalğalarının müşahidələri bu sistemlərin dinamikasını bir çox fərqli ölçülü tərəzidə öyrənməyə imkan verəcəkdir.

11 fevral 2016-cı il tarixində Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası (LIGO) əməkdaşlığı, qara dəlik ikili yerdən cazibə dalğalarının aşkarlandığını elan etdi. Bu, cüt qara dəlik sisteminin ilk konkret aşkarlanmasıdır. Hər iki qara dəlik indiyə qədər aşkar edilmiş ən böyük ulduz kütləsindəki qara dəliklərdi (digər namizəd obyektləri üzərində). Birləşdirilmiş obyektin kütləsinin cəmdən az olduğunu müşahidə etdilər, yəni kütlə fərqinin birləşmə hadisəsində cazibə dalğaları kimi itirilən çox miqdarda enerjiyə çevrildiyini (5000 fövqəladə yeni!). Bundan əlavə son qara dəliyin spinini, yerli Kainatdakı qara dəliyin birləşmə sürətini və daha çoxunu ölçdülər. Fizika haqqında yeni bir anlayış tək bir cazibə dalğa hadisəsindən gəldi.

O vaxtdan bəri, bir neçə cazibə dalğa təsiri bildirildi, ən başlıcası, 2017-ci ildə iki neytron ulduzunun ilhamlandırılması və birləşməsi ilə əlaqəli ilk hadisə. Astrofiziklər ilk dəfə bir cazibə dalğa hadisəsini ölçdülər ki, bu da elektromaqnit həmkarı idi. Yerdəki bir neçə teleskopla. Neytron ulduzlarının birləşməsinin kainatdakı ən enerjili hadisələr arasında olduğu, ən ağır elementlərin - qızıl kimi - istehsal oluna biləcəyi misilsiz fiziki şərtləri potensial hesab edə biləcək enerjilər sərbəst buraxdığı düşünülür. Bir neytron ulduzunun ikili aşkarlanması həyəcan verici bir dövr yaratdı çox mesajlı astronomiyaƏlbəttə ki, bu, bizə daha maraqlı bilik gətirəcəkdir!

Bu səhifə sonuncu dəfə 28 yanvar 2019-cu ildə yeniləndi.

Müəllif haqqında

Michael Lam

Michael Lam, Cornell Universiteti aspirantı və Qravitasiya Dalğaları (NANOGrav) İşbirliyi üçün Şimali Amerika Nanohertz Rəsədxanasının üzvüdür. Qravitasiya dalğalarının aşkarlanması və öyrənilməsi məqsədi ilə bir sıra milisaniyəli pulsarların vaxtının dəqiqliyini yaxşılaşdırmaq üzərində işləyir. Lisans təhsilini Colgate Universitetində Astronomiya-Fizika və Kompüter Elmləri üzrə bitirmiş və əslən Nyu-Yorkdandır.


BÜYÜK XƏBƏR: Astronomlar ilk dəfə iki neytron ulduzunun birlikdə çəkildiyi cazibə dalğalarını aşkar edirlər!

Uzun, çox əvvəl bir cüt neytron ulduzu kataklizmin astanasındaydı.

Milyardlarla il əvvəl kütləvi ulduzlardan yaranan bu iki olduqca sıx cisim, Kainat gənc yaşlarından bəri bir-birlərinin ətrafında rəqs edirdilər. Etdikləri kimi, yavaş-yavaş yerin və zamanın toxumasında cazibə dalğaları, dalğalar şəklində enerjini sızdırdılar. Yavaş-yavaş, oh belə yavaş-yavaş yaxınlaşdılar, qarşılıqlı orbitləri sıxıldıqca bir az daha sürətlə döndülər.

Yaydıqları dalğalar əvvəlcə ətrafdakı məkana təsir edən bir pıçıltı idi. Enerji itkisi çox oluncaya qədər, eonların üstündə pıçıltı böyüdü. Son bir neçə milisaniyədə, işıq sürətinin əhəmiyyətli bir hissəsində bir-birinin ətrafında fırlanarkən, cazibə dalğalarının pıçıltısı bağırmağa, daha sonra uğultuya çevrildi.

O anda iki neytron ulduzunun qarşılıqlı və şiddətli cazibəsi böyük dərəcədə böyüdü: Sözün əsl mənasında bir-birlərini parçaladılar. Maelstromun mərkəzində cazibə qüvvəsi o qədər güclü idi ki, material içəriyə çökdü və yayılan cazibə dalğaları bir atəş həddinə çatdı. Material elə bir qüvvə altında idi ki, məkanda və zamanda bir çuxur qopardılar: Qara dəlik dünyaya gəldi. və cazibə dalğalarının qışqırığı onun doğuş fəryadı idi.

Yeni yaranmış qara dəliyin ətrafındakı xaos özünü təşkil etməyə başladığında, fövqəladə dərəcədə mürəkkəb bir cadugər qüvvələri dəm vurdu və kosmosun qaranlığına fəryad edən nəhəng işıq nəbzləri xaosdan yuxarı və aşağı ikiqat enerjini vurdu.

Nötron ulduzlarının toqquşma anını göstərən, enerji şüaları atılan və yer-yer fasiləsindəki dalğaları silkələyən cazibə dalğaları olan sənət əsərləri. Kredit: NSF / LIGO / Sonoma Dövlət Universiteti / A. Simonnet

Qravitasiya dalğalarından kosmosdakı dalğalar xaricə doğru irəlilədilər və şiddətli işıq şüalarının arxasından yaxından izlədilər. Dünyaya çatmazdan əvvəl 130 milyon il səyahət etdilər. Səfərlərinin uzunluğundan büzüşən dalğalar planetimizi o qədər də uzadıb keçdi. Yalnız iki saniyə sonra fəlakətdən gələn işıq planetimizə də endi.

T. rex Yer kürəsini basmadan əvvəl Kainat boyunca göndərilən neytron ulduzlarının birləşməsindən gələn enerji parlamaları Yer üzündə və üstündəki astronomların alətlərinə çatdı. və yalnız bir qara dəliyin doğulmasına deyil, eyni zamanda yeni bir astronomiyaya da işarə etdi.

Gözlədiyiniz kimi, bu çox böyük bir xəbərdir. Astronomlar bu cür hadisəni görmək üçün çoxdan gözləyirlər.

Neytron ulduzu, xarici təbəqələr bir supernovada partladıqdan sonra kütləvi bir ulduzun nüvəsinin ultra sıx qalıqlarıdır. İki böyük ulduz bir-birinin ətrafında fırlanırsa, hər ikisi neytron ulduzuna çevrilə bilər. Milyard illər sonra bir-birinə dolaşır və birləşir, qamma şüası partlaması deyilən fəlakətli bir partlayış meydana gətirir. Möhtəşəm enerji şüaları, iki ulduzun gülünc dərəcədə güclü maqnit sahələri üzərində dayanan qütblərdən uzaqlaşdırılır.

Bu videoda neytron ulduzlarının kompüter modelləri birləşdiyini və maqnit sahələrinin bu şüaları necə birləşdirdiyini göstərir.

Astronomiya xəbərlərinə diqqət yetirdinizsə, bilə bilərsiniz ki, dörd cazibə dalğa hadisəsi Lazer İnterferometri Qravitasiya Dalğası Rəsədxanası və ya LIGO tərəfindən müsbət aşkar edilmişdir. Bunlar bir-birinə fırlandıqları zaman iki nəhəng qara dəliyin birləşməsindən qaynaqlanır, yer-zaman davamlılığını sarsıdır, içərisində ağır bir qayanı atdığınız zaman gölməçədəki dalğalar kimi biraz genişlənən dalğalar yaradır. Bunlar sözün əsl mənasında uzanır. və boşluğu sıxın, ancaq bu dalğalar bizə çatdıqda son dərəcə aşağı amplituda olur və görmək üçün inanılmaz dərəcədə dəqiq ölçmələr aparırlar. LIGO onları aşkarlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.

İlk belə hadisə 2015-ci ildə təsbit edildi. Daha üçü görüldü, sonuncusu 2017-ci ilin avqustunda LIGO-ya Avropadakı başqa bir Qız bürcünün qoşulduğu vaxt. Birlikdə həssaslıqları artdı və daha da cəlbedici cazibə dalğalarını aşkar etməyə imkan verdi.

Bir müddətdir ümid bu inkişaf etmiş rəsədxanaların, qara dəlik toqquşmalarından daha az enerjili və bu səbəbdən aşkarlanması daha çətin olan neytron ulduz birləşmələrini də aşkar edə biləcəyi idi.

Bu ümid 17 Avqust 2017-ci il tarixində saat 12: 41-də (son qara dəlik aşkarlanmasından cəmi üç gün sonra) UTC-də gerçək oldu. Həmin anda detektorlarda neytron ulduzu / neytron ulduzu toqquşması profilinə uyğun gələn zəif bir siqnal alındı. Astronomlar bunu GW170817 adlandırdılar: 2017-ci il avqustun 17-də görülən bir cazibə dalğası hadisəsi.Bu hadisədən ilk dəfə cazibə dalğaları aşkar edildi!

Ancaq bunu daha da həyəcan verici edən budur ki, yer üzündə yüksək orbitdə fırlanan Fermi qamma şüaları teleskopu zəif bir qamma şüasını da təsbit etdi. yalnız iki saniyə sonra. Ferminin üzərində qara dəliklər doğulduqda çıxan ruhu əzən dərəcədə güclü partlayışlar olan qamma şüaları (GRB) axtarmaq üçün hazırlanmış alətlər var. Gamma şüaları, yeni bir qara dəliyin meydana gəlməsi anında şiddətli bir partlayışla göndərilən ən yüksək enerjili işıq formasıdır və biz on illərdir ki, onları partlayan ulduzlardan və neytron ulduzlarından birləşdiririk. Yeni görünən GRB 120817A partlaması, artıq görülən yüzlərdən biridir və əslində bu baxımdan olduqca zəifdir.

Lakin partlayışın zəifliyi hadisənin fövqəladə mahiyyətini inkar edir: Qara dəlik meydana gəlməsindən gələn cazibə dalğaları ilə birlikdə ilk dəfə bir GRB aşkar edildi!

Bu inanılmaz dərəcədə vacibdir. Qravitasiya dalğalarının mənbəyinə istiqamət LIGO / Qız bürcündən istifadə etməklə son dərəcə çətindir, lakin Ferminin gamma şüalarını aşkar etməsi səmadakı yerini daha yüksək dəqiqliklə daraltdı.

Çox böyük teleskop, GW170817-i qalaktikanın nüvəsinin yuxarı hissəsində və solundakı nöqtə olan NGC 4993-də təyin etmək üçün istifadə edilmişdir. Kredit: ESO / A.J. Levan, N.R. Tanvir

Budur, bunun daha da yaxşılaşması: dünyanın hər yerindəki astronomlara dərhal xəbər verildi və bir neçə saat içində göydəki hədəf yeri axtarmaq üçün tələsdilər. Çilidəki Las Campanas Rəsədxanasında Henrietta Swopes 1 metrlik teleskopu istifadə edərək çəkilən şəkillər eyni bölgədən əvvəl çəkilənlərlə müqayisə edildi və yalnız doqquz şəkilə baxdıqdan sonra paydirt-ə vurdular: Yeni bir işıq nöqtəsi mərkəzin çox yaxınlığında 130 milyon işıq ili uzaqlıqdakı köhnə, lakin işıqlı bir qalaktika NGC 4993 qalaktikası.

Bu təvazökar nöqtənin geniş idxalı var idi. İlk dəfə astronomlar tapmışdılar görünən sonrakı parıltı cazibə dalğaları tərəfindən aşkar edilmiş bir neytron ulduzunun birləşməsi.

Bir astronom olaraq deyə bilərəm ki, bunun mahiyyəti bir irəliləyişdən başqa bir şey deyil. Sonrakı işığın aşkarlanması ilə çox sayda məlumat əldə edilə bilər. Qalaktikaya olan məsafə, nə qədər enerji buraxıldığını bildiyimiz deməkdir. Solğunlaşma dərəcəsi, bunun adi günlərdə daş kimi düşdüyü həftələr və aylar ərzində solan tipik bir supernova, partlayan bir ulduz olmadığını sübut etdi.

Qaranlıq Enerji Kamerası GW170817-i hadisədən sadəcə bir neçə saat sonra çəkdi, sonra iki həftə sonra yenidən görünməzliyə döndü. Kredit: M. Soares-Santos, D. E. Holz, J. Annis

Partlayışdan xaricə atılan material araşdırıla bilər. Biri incə yayılmış və çox sürətlə hərəkət edən iki komponentdən ibarətdir - işıq sürətinin tam üçdə biri! - və daha qalın, yavaş, xarici tərəfə nisbətən daha yavaş, lakin yenə də heyrətləndirici bir şəkildə hərəkət edən 1/10 işıq sürəti.

Tədbiri daha çox teleskop müşahidə etdikcə daha çox şey öyrənildi. Radio dalğaları və yayılan rentgen şüaları partlayışdan çıxan maddə və enerjinin şüalarının bizdən bir az uzaqlara, ehtimal ki, təxminən 30 ° -ə doğru yönəldiyini göstərdi. Bu material ana qalaktika içərisindəki maddələrə çırpıldıqca yavaşladı və şüaları genişləndirdi, şüaları genişləndirdi və hədəflərini yaydı və biz yer üzündə çox uzaqlarda onların kənarlarını tutduq. Bu səbəbdən qamma şüalarının partlaması zəif idi, baxmayaraq ki bu obyekt kosmik mənada əksər GRB-lərə nisbətən çox yaxın idi, ancaq partlayışın kənarını gördük. Alınan enerji, başqa yerlərdə olduğu kimi digər GRB-lər kimi yalnız təxminən mində biri qədər parlaq idi, əgər şüalar birbaşa bizə yönəlsəydi, bu fenomenal dərəcədə parlaq bir hadisə olardı (aydın olsun, astronom üçün parlaq demək istəyirəm, hələ də aşkar etmək üçün teleskop).

İki neytron ulduzunun toqquşma anını əks etdirən sənət əsəri. Yaranan partlayış ... olduqca böyükdür. Kredit: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

Və bu hələ yaxşılaşır. Astronomlar işığı ayrı-ayrı rənglərə ayıraraq sonrakı parıltı spektrlərini götürdülər. Bu, mənbə haqqında çox məlumat əldə etməyə imkan verir. Maddi parıltı və solğunlaşma üsulunun r prosesi elementləri dediyimiz şeyin yaranması ilə uyğunlaşmasıdır: Partlayış o qədər güclü idi ki, yüngül elementlər partlayış dalğasının içərisində sarsılan neytronları sürətlə tutaraq ulduz simyasını həyata keçirə bildilər. və atom quruluşlarını daha ağır elementlərə çevirmək. Hansı elementlər? Qızıl və platin kimi olanlar.

Qızıl zərgərlik taxırsınız? Yəqin ki, bu məqaləni oxuduğunuz kompüterin bəzi hissələri işləmək üçün qızıl və / və ya platindən istifadə edir. İndiyə qədər bu elementlərin Kainatda necə yaradıldığına tam əmin deyildik, normal supernova partlayışlarında meydana gəldiklərini düşünürdük, amma fizika bunların başqa bir yerdə yaradılması lazım olduğunu söyləyirdi. İndi harada olduğunu bilirik.

Siz görürsünüz? Bu elementlər milyardlarla il əvvəl öz qalaktikamızın bir yerində iki böyük neytron ulduzunun fəlakətli birləşməsinin qəlbində, qara bir dəlik qoyub bu qiymətli elementləri kosmosa səpələyən nəhəng, lakin qısa bir partlayış yarandı. Bir qaz və toz buludu əkdilər, özü də Günəşi, planetləri meydana gətirmək üçün çökdü. və Yer. 4,56 milyard il sonra, bu materialları planetimizdən çıxardıq, onlara heyran olduq, özümüzü bəzəmək üçün istifadə etdik və bu elementlərin ilk növbədə necə meydana gəldiyini anlamağımızı təmin edən maşınlar yaratdıq.

Kainat özünü öyrənə biləcəyi şərait yaratmışdır. Bu ən yeni partlamanın mənası budur.


LIGO İlk Qravitasiya Dalğalarını Görür, İki Qara Delik Bir-birini Yeyir

Bəzi yeni Nobel mükafatlarının parlamasına başlamaq daha yaxşıdır: Alimlər tarixdə ilk dəfə cazibə dalğalarını təsbit etdiklərini bildirdi.

Bəli, bəli, bu çox böyük iş. Tamamilə yeni bir astronomiya sahəsi, Kainatı müşahidə etmək üçün yeni bir yol açacaqdır. Ciddi.

Cazibə dalğaları (tamamilə fərqli bir şey olan cazibə dalğaları ilə qarışdırılmamalıdır), kütləvi bir cisim sürətləndikdə meydana gələn uzay vaxtı toxumasındakı dalğalardır. Uzaq astronomik cisimlərdən buraya çatdıqda, dalğalar inanılmaz dərəcədə aşağı enerjiyə sahibdir və aşkarlanması fenomen cəhətdən çətindir, bu səbəbdən Einşteynin Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi tərəfindən əvvəlcədən proqnozlaşdırıldığı üçün onları tapmaq bir əsr çəkdi. Əslində GR-nin hər bir digər proqnozunun doğru olduğu, ancaq cazibə dalğalarının varlığını birbaşa sübut etmək çətindir.

İndiyə kimi. Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanasında aşkar etdikləri cazibə dalğalarına səbəb olan dalğaların özləri qədər təəccüblü və düşündürücüdür: Yerdən 1,3 milyard işıq ili uzaqlıqdakı iki nəhəng qara dəliyin ölüm spiralını və nəticələrini bir araya gətirərək tutdular. titanik və fəlakətli bir şiddət hadisəsində.

Nəzərə alaq ki, bundan əvvəl belə ikili qara dəliklərin mövcudluğuna dair bəzi yaxşı dəlillərimiz var idi, lakin bu yeni nəticə mövcud olduqlarını və zamanla nəticədə toqquşub birləşdiklərini sübut edir. Çox böyükdür.

Qara dəliklər birləşmədən əvvəl Günəş kütləsinin 36 və 29 qat kütlələrinə sahib idi. Sonra birləşərək Günəşdən 62 dəfə çox kütləsi olan tək bir qara dəlik yaratdılar. Bu kütlələrin toplanmadığını görə bilərsiniz, 3 günəş kütləsi yoxdur. Bu kütlə sadəcə yox olmadı! Enerjiyə çevrildi: cazibə dalğalarının enerjisi. Və məbləğ enerji heyrətləndiricidir: Bu tək hadisə, Günəşin 15-də yaratdığı qədər enerji buraxdı trilyon il.

Mən bilmək. Bu hekayədə inanılmaz dərəcədə sərin olmayan bir şey yoxdur.

İki LIGO təsisi tərəfindən alınan faktiki məlumatlar. Sahədəki qarmaqarışıqlar yerin birləşdirildiyi qara dəliklərin yaydığı cazibə dalğaları kimi kosmosun fiziki çarpışması ilə əlaqədardır. Kredit: Abbot et al. 2016

Bütün bunları daha yaxşı başa düşmək üçün bir az arxa plana ehtiyacınız olacaq. Bunların hamısı çox ağılsız şeylərdir, amma söz verirəm ki, buna dəyər.

Hər halda Qravitasiya dalğası nədir?

Einşteynin Ümumi Nisbilik nəzəriyyəsinin nəticələrindən biri də məkan və zamanın uzay vaxtı dediyimiz eyni şeyin iki üzü olmasıdır. Bunun üçün çox sayda bənzətmə var, amma bunu məkanın toxuması, hamımızın yerləşdiyi dörd ölçülü bir goblen (üç məkan və bir dəfə) kimi düşünə bilərsiniz. Unutmayın, belə deyil eynən bu kimi bir analogiya istifadə edirik. Ancaq bunu təsəvvür etməyə kömək edəcəkdir.

Yer cazibəsini bizi bir obyektə tərəf çəkərək bir qüvvə kimi düşünürük. Fəqət Einşteyn bunu kosmik zamanın əyilməsinin nəticəsi kimi görərək yenidən nəzərdən keçirdi. Kütləvi bir cisim məkanın şəklini pozur və bu əyri məkanda hərəkət edən başqa bir cisim sürətlənir. Bunu cazibə qüvvəsi kimi görürük. Başqa sözlə, maddə boşluğa necə bükülməsini, boşluq isə necə hərəkət edəcəyini izah edir.

Cazibə qüvvəsi kimi hiss etdiyimiz kütləvi çözgü məkanı olan obyektlər. Credit: ESA/C.Carreau

Another outcome of the mathematics of GR is that if a massive object is accelerated, it will cause ripples, waves, to move away from itself as it moves. These are actually ripples in the fabric of spacetime itself! Spacetime expands and contracts in complicated ways as a wave passes, a bit like how ripples will move out from a rock dropped into a pond, distorting the surface of the water.

There are lots of ways to generate gravitational waves. The more massive and dense an object is, and the harder it accelerates, the sharper and more energetic the waves are. The Earth moves around the Sun once per year, accelerated by the Sun’s gravity. But the motion is too slow and the Earth’s mass too low to ever hope to detect the mushy waves emitted.

But if you have two much more massive objects—like, say, neutron stars, the über-dense cores of stars that have previously exploded—they do generate waves that we can see.

In fact, we have! Kinda. In 1974, a binary neutron star system was discovered by astronomers Joseph Taylor and Russell Hulse. These two massive objects orbited each other very rapidly, once every eight hours or so. As they do, they emit a tiny bit of energy in the form of gravitational waves. That energy comes from the orbital energy of the stars themselves, so as they emit gravitational waves, they lose orbital energy. The orbit shrinks, and the time it takes the two stars to revolve around each other drops. Over time, that “orbital decay” can be very precisely measured … and it was seen! Not only that, it matched the prediction of GR mükəmməl.

The measured orbital decay of the two neutron stars (red crosses) matches the mathematcial prediction (smooth line) extremely well. Credit: Inductiveload/Wikimedia

Taylor and Hulse won the Nobel Prize for this. And they only detected gravitational waves indirectly. They saw how the loss of energy by emitting the waves affected the stars’ orbits. But they didn’t detect the waves themselves.

So How Did LIGO Do It?

Gravitational waves come in many shapes and forms, but what they all do is infinitesimally distort the shape of space. But how do you measure that? It’s not like you can hold a ruler up between two objects and measure how their distance apart changes when a wave passes through …

… right? OH gözləyin. It turns out you bacarmaq.

Enter LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. LIGO is actually two facilities, one located in Washington state and the other in Louisiana (jointly operated by Caltech and MIT). Neither is what you might think of as an astronomical observatory: They each consist of very long pipes arranged in an L-shape. At the far end of each 4-kilometer-long pipe is a mirror.

One of the LIGO facilities seen from the air. Credit: LIGO

A very powerful laser sits near the vertex of the L, where the pipes meet. It sends out a pulse of light into a special mirror that splits the beam, sending half of it down one pipe, and the other half down the other pipe. Each mirror reflects is beam back down the pipe, and then they’re recombined inside a detector.

Here’s a video (credit: NSF) describing how this works:

Let me add what’ll seem like a bit of a non sequitur to help make this clear: Have you ever sat in a tub of water and sloshed your body back and forth? If you time it just right, you can amplify the wave of water coming back at you, making it splash higher. You can also time it just right so that you move in a way to negate the wave coming at you, too.

The motion of your body sets up the first wave. When you move again, you make a second wave. It the crest of the first wave hits the crest of the second wave, they amplify each other. Əgər trough of the second wave hits the crest of the first one, they negate each other.

This is called interference. Where the waves amplify it’s constructive interference, and where they negate each other its destructive interference.

Light is a wave. If the laser and the two mirrors in LIGO are set up just right, then the two beams will interfere with each other when they reach the detector. Interference patterns, called fringes, can be seen when you do that, and the exact pattern seen depends, in part on the exact distance between the mirrors. If one mirror moves a tiny bit relative to the other, then the fringe pattern changes.

See where this is going? If a gravitational wave passes through LIGO, one mirror will move a teeny tiny amount relative to the other, and that will create a change in the fringe pattern. Fringes are sensitive to extremely small changes in mirror position, so this is a great way to look for gravitational waves.

How sensitive? A typical gravitational wave will move the mirrors by about 0.0001 times the size of an atomic nucleus! So yeah, they’re sensitive.

LIGO has two such setups located thousands of kilometers apart to help distinguish real astronomical sources from things like earthquakes, trucks driving by, and so on. LIGO first went into operation in 2002. Over nearly a decade it looked but found no gravitational waves. In 2010 it shut down for a significant upgrade, making it far more sensitive. This new configuration started observing in September 2015.

Apparently, all this time they were right on the threshold of detection. Once the more sensitive rig was employed, it didn’t take long before they hit paydirt: This signal was detected on Sep. 14!

What Did They See?

Now we’re ready to put all this together.

Imagine two black holes in a very tight orbit around each other. Both are massive, and whipping around each other at a large fraction of the speed of light. They’ll be pouring out gravitational waves, ripples in spacetime expanding away at the speed of light. It’s possible LIGO could detect something like that, but there’s more to this.

As the black holes whirl madly and emit gravitational waves, they lose orbital energy. Like the neutron stars that got Taylor and Hulse their Nobel, the orbit of the two black holes shrinks. They revolve around each other ever faster.

This change in their orbital rate affects the waves they emit. The frequency of the waves (how many are emitted per second) depends on how rapidly the two objects orbit each other. As the orbit of the black holes shrinks, they revolve around each other faster, and the frequency of the gravitational waves goes up. But, since the black holes are moving more rapidly, they emit even more waves, so they lose energy faster, so they emit even daha çox waves.

This is a runaway effect. The black holes get closer and closer together, whirl around each other faster, emit more and stronger gravitational waves with a higher frequency … until the black holes eat each other! They merge, becoming one (slightly larger) black hole.

What LIGO sees when this happens is the signature of the gravitational waves, with the frequency going up all the time. Sound is also a wave, and the frequency of sound waves is what we interpret as its pitch. A higher frequency sound has a higher pitch it’s a higher note, if you prefer.

As the black holes get close to merging, their frequency rockets up. In the sound analogy, it’s like they’re singing a note, and as they get closer the note gets stronger and stronger and higher and higher. At the end, the increase in pitch is so rapid it goes way up extremely quickly: This is a chirp.

Literally, a chirp is a sound where the frequency increases rapidly (listen to one here). So the signature of two black holes (or neutrons stars, or even white dwarfs) inspiraling and merging is a chirp in the gravitational waves. If you catch that, you’ve witnessed the black holes at The Moment Of Truth, when two become one.

And one last bit that boosts confidence: The signal from the merging black holes was detected in the Washington state detector first, then in the Louisiana detector 7 milliseconds later. That delay was due to the waves moving at the speed of light across space!

This merger is simply astonishing. It’s one of the most catastrophic events in the Universe, and until just last year we were essentially blind to it.

With this detection by LIGO, a new era in astronomy begins. In many cases, the gravitational waves are emitted from objects we can’t see directly, like black holes merging, or binary neutron stars. Sometimes, though, these objects do emit visible light. A supernova—an exploding star—can emit gravitational waves. Even more dramatically, when two neutron stars merge and form a black hole, they release not just gravitational waves, but also a huge flash of energy in the form of gamma rays and even visible light. These gamma-ray bursts occur in the Universe every day, and we see them all the time. If we can also detect the emitted gravitational waves from them, it will help astronomers understand these bizarre and incredibly violent phenomena.

Even better, we’re not starting fresh. Last year, the European Space Agency launched LISA Pathfinder into space. LISA stands for Laser Interferometer Space Antenna, and is basically a super-LIGO in space. LISA Pathfinder is a benchmark mission to test the very sophisticated technology involved. If it works, then a full-up LISA may be launched in the coming years, which will consist of three separate detectors separated in space by millions of kilometers. Its sensitivity will be far, far higher than LIGO’s, and will rip the field of gravitational wave astronomy wide open.

Whenever we find a new window into the Universe—radio waves, gamma rays, even the invention of the telescope itself—immense wonders have been our reward. In the vast majority of cases we had no clue what was waiting for us once we peered outwards in a new way. Stars numbered beyond imagining, galaxies packed together clear across the cosmos, planets, nebulae, and even an eventual understanding of how the Universe came to be, how it changes, and how it will evolve in the future.

The treasures, the beauty, the knowledge, have fundamentally changed how we humans see ourselves and our place in the Universe. And here we stand, our hand on another window, ready to throw it open.


LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

The first successful identification gravitational waves occurred in 2015 with LIGO, an observatory consisting of two separate sets of equipment located far apart in the USA. Despite the idea being conceived in the 1980s and observations starting from 2002, the results were obtained only in 2015, when the technology was sufficiently advanced.

How does LIGO work?

LIGO is in principle a laser interferometer, as described in the previous section. However, given the weakness of gravitational waves, the set-up had to be huge enough and sensitive enough to detect the most minute results.

For this, each individual interferometer consisted of a 4 km long L-shaped tunnel, in which the laser beams travelled distances over a 1000 km by multiple reflections. Then, the sensors are sensitive enough to detect a change less than ten thousand times smaller than a proton’s width. For comparison, if the whole distance to the nearest star to the Solar system was used as a reference, the change was less than a hair’s thickness.

Two observatories were used, far apart, so that meaningless noise could be filtered out and only the actual signal would be recorded.

How LIGO works. The interferometer senses minuscule distortions in space caused by gravitational waves. (Source)

The successes

After over a decade of null results, LIGO obtained its first success in 2015. It observed the fusion of a pair of black holes, which first orbited each other before merging.

While the black holes themselves merged 1.3 billion years ago, it took so long for the waves from them to reach us and be detected. The gravitational wave carried away the mass lost by the black holes in the form of energy.

This was followed by further detection of black hole mergers in 2016 and 2017. In an even more startling step forwards, LIGO observed the merger of two neutron stars, which are visible, unlike black holes, in 2017.

Black hole merger, as visualized by an artist. Mənbə.

The scientific community gave LIGO its due recognition. It, along with contributors, received the Special Breakthrough Prize Award in Fundamental Physics in 2016. The scientists who were part of its journey, Rainer Weiss, Kip Thorne and Barry Barish, received the Nobel Prize in Physics in 2017.


Astronomers Surprised by Lingering X-rays Years After Landmark Neutron Star Collision

It’s been three years since the landmark detection of a neutron star merger from gravitational waves. And since that day, an international team of researchers led by University of Maryland astronomer Eleonora Troja has been continuously monitoring the subsequent radiation emissions to provide the most complete picture of such an event.

Their analysis provides possible explanations for X-rays that continued to radiate from the collision long after models predicted they would stop. The study also reveals that current models of neutron stars and compact body collisions are missing important information. The research was published on October 12, 2020, in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Researchers have continuously monitored the radiation emanating from the first (and so far only) cosmic event detected in both gravitational waves and the entire spectrum of light. The neutron star collision detected on August 17, 2017, is seen in this image emanating from galaxy NGC 4993. New analysis provides possible explanations for X-rays that continued to radiate from the collision long after other radiation had faded and way past model predictions. Credit: E. Troja

“We are entering a new phase in our understanding of neutron stars,” said Troja, an associate research scientist in UMD’s Department of Astronomy and lead author of the paper. “We really don’t know what to expect from this point forward, because all our models were predicting no X-rays and we were surprised to see them 1,000 days after the collision event was detected. It may take years to find out the answer to what is going on, but our research opens the door to many possibilities.

The neutron star merger that Troja’s team studied — GW170817 — was first identified from gravitational waves detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory and its counterpart Virgo on August 17, 2017. Within hours, telescopes around the world began observing electromagnetic radiation, including gamma rays and light emitted from the explosion. It was the first and only time astronomers were able to observe the radiation associated with gravity waves, although they long knew such radiation occurs. All other gravity waves observed to date have originated from events too weak and too far away for the radiation to be detected from Earth.

Seconds after GW170817 was detected, scientists recorded the initial jet of energy, known as a gamma ray burst, then the slower kilonova, a cloud of gas which burst forth behind the initial jet. Light from the kilonova lasted about three weeks and then faded. Meanwhile, nine days after the gravity wave was first detected, the telescopes observed something they’d not seen before: X-rays. Scientific models based on known astrophysics predicted that as the initial jet from a neutron star collision moves through interstellar space, it creates its own shockwave, which emits X-rays, radio waves and light. This is known as the afterglow. But such an afterglow had never been observed before. In this case, the afterglow peaked around 160 days after the gravity waves were detected and then rapidly faded away. But the X-rays remained. They were last observed by the Chandra X-ray Observatory two and a half years after GW170817 was first detected.

The new research paper suggests a few possible explanations for the long-lived X-ray emissions. One possibility is that these X-rays represent a completely new feature of a collision’s afterglow, and the dynamics of a gamma ray burst are somehow different than expected.

“Having a collision so close to us that it’s visible opens a window into the whole process that we rarely have access to,” said Troja, who is also a research scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center. “It may be there are physical processes we have not included in our models because they’re not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form.”

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

“We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us,” said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. “But we need more data to understand if that’s what we’re seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven’t recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation.”

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February 2020.)

“This may be the last breath of a historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries,” Troja said. “Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models.”

Reference: “A thousand days after the merger: continued X-ray emission from GW170817” by E. Troja, H. van Eerten, B. Zhang, G. Ryan, L. Piro, R. Ricci, B. O’Connor, M. H. Wieringa, S. B. Cenko and T. Sakamoto, 12 October 12 2020, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/staa2626

Additional authors of the paper from the UMD Department of Astronomy are Faculty Assistant Brendan O’Connor and Adjunct Associate Professor Stephen Cenko.

This work was partially supported by NASA (Chandra Award Nos. G0920071A, NNX16AB66G, NNX17AB18G, and 80NSSC20K0389.), the Joint Space-Science Institute Prize Postdoctoral Fellowship, and the European Union Horizon 2020 Programme (Award No. 871158). The content of this article does not necessarily reflect the views of these organizations.


Extreme kick

We knew that smaller black holes could merge and rebound like this, but this is the first time the aftermath has been observed with supermassive ones.

“The amount of energy that you need to kick a supermassive black hole out like this is equivalent to 100 million supernovae exploding simultaneously,” says Chiaberge. “Nothing else can really do that.”

If the black hole really is being propelled by gravitational waves, they got lucky in spotting it. “This is an extreme kick – right on the edge of what we’d expect – so it would be a very unusual system,” says Daniel Holz at the University of Chicago.

Such an unusual system might help provide evidence that supermassive black holes do merge in our universe, a phenomenon for which we only have circumstantial evidence so far. “It’s a big question: do two supermassive black holes actually merge, or do they stall and basically orbit each other for the age of the universe?” says Chiaberge. “Seeing this proves indirectly that they can merge.”

It is still possible, though, that the black hole wasn’t actually kicked out at all and is just located behind the galaxy to which it seems to belong. “It could be incredibly extreme physics or it could be pedestrian astronomy,” says Holz. “Time will tell.”

Jurnal arayışı: Astronomy & Astophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/201629522


Videoya baxın: Sən bakirəsən? Yalçın və Arzu. Həqiqət ya İçki? (Sentyabr 2021).