Ce matin, l’Internet a éclaté avec des rumeurs que les physiciens ont observé enfin ondes gravitationnelles; des ondulations dans le tissu de l’espace-temps prédit par Albert Einstein, il y a un siècle. Alors que ce n’est pas la première fois que nous avons entendu des chuchotements excités à propos de l’insaisissable phénomènes, les ragots se sent plus prometteurs, à la lumière de la récente mise à niveau du détecteur à l’Interféromètre Laser Observatoire d’Ondes Gravitationnelles (LIGO) qui est derrière tout le brouhaha.
La découverte des ondes gravitationnelles serait une affaire énorme pour la physique, la cosmologie, et notre compréhension de l’univers dans son ensemble. Mais si vous n’êtes pas un scientifique qui étudie l’un des domaines précités, il est possible que vous n’avez jamais entendu parler de ces mystérieux des ondulations. Ce que le diable sont des ondes gravitationnelles, et pourquoi les physiciens ont eu du mal à les trouver pour un siècle? De plus, pourquoi s’en préoccuper?
Tout simplement, les ondes gravitationnelles sont des vibrations dans le tissu de l’univers—la vitesse de la lumière ondulations dans l’espace-temps lui-même, causé par de tels epically événements violents comme des étoiles qui explosent et trou noir fusions. Grâce à incroyablement grand, violent, et céleste lointain happenings, les atomes qui composent le tout de la des étoiles dans le ciel, les êtres humains sur Terre sont en train de secouer un petit peu, tout le temps.
Et par de minuscules je veux dire vraiment minuscule. Pour toute l’énergie qui va dans la production des ondes gravitationnelles, les ondulations de l’espace-temps se sont incroyablement faibles. Les physiciens estiment que d’ici le temps des ondes gravitationnelles atteindre la Terre, ils sont de l’ordre d’un milliardième le diamètre d’un atome. Vous avez besoin ridiculement précis des instruments d’exploitation complètement libre de bruit environnements de les mesurer, et jusqu’à très récemment, nos détecteurs simplement n’ont pas été à la hauteur.
La simulation numérique de la fusion de deux trous noirs réalisée par l’Institut Albert-Einstein en Allemagne. Crédit Image: Werner Benger / Wikimedia
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Mais les ondes gravitationnelles de détection de jeu a été changé de la fin, avec une récente vague d’améliorations pour notre premier observatoire au sol, LIGO, et avec le lancement de la première basés dans l’espace des ondes gravitationnelles, un détecteur de LISA Pathfinder. Armé de ces deux laboratoires scientifiques, les physiciens espèrent que nous allons être capables de mesurer les premières ondulations de l’espace-temps par la fin de la décennie. Maintenant, il est à la recherche comme le jour pourrait venir beaucoup plus tôt.
En principe, la détection d’ondes gravitationnelles est assez simple, dans la pratique, c’est maddeningly difficile. Ce que les physiciens essaient de faire est de mesurer les petites variations de la distance entre deux objets séparés par une quantité connue. Mais parce que le atomique frousse, nous l’espérons, à détecter sont tellement minuscules, nous avons besoin d’expériences qui peuvent d’objets séparés par de grandes distances. Même alors, nous avons besoin de mesurer l’évolution de la distance, très précisément.
C’est le principe derrière notre état actuel-de-la-art des détecteurs d’ondes gravitationnelles. Dans le cas de LIGO, qui a été mis en ligne au début des années 2000, deux miroirs sont accrochées très loin (à Richland, Washington et Baton Rouge, Louisiane), formant une primaire bras, tandis qu’un autre deux miroirs sont mis en place à la perpendiculaire. Un faisceau de lumière laser est passé à travers un séparateur de faisceau et a permis de rebondir et-vient entre les deux bras de miroirs, de nombreuses fois, avant de retourner à sa source.
“Si les deux bras sont de longueurs identiques, alors les interférences entre les rayons de lumière de retour pour le séparateur de faisceau va directement toute la lumière vers le laser,” un Caltech site web d’information sur LIGO explique. “Mais si il y a une différence entre les longueurs des deux bras, un peu de lumière va voyager là où il peut être enregistré par un photodétecteur.”
Schéma Simple de la LIGO Détecteur. Crédit Image: LIGO
Si cela se produit, un signal électrique est produit— et c’est aux scientifiques de déterminer si ils ont juste été témoin d’une véritable onde gravitationnelle. L’ennui, c’est que notre planète est un lieu bruyant, et beaucoup d’autres types de mouvements, de tremblements de Terre pour les voitures et les trains, pouvez jeter le signal. Le bruit de fond de notre planète, couplé avec des limitations imposées par la distance des détecteurs, a mis de sérieuses contraintes sur notre capacité à détecter les ondes gravitationnelles de la terre. La première LIGO d’observation de la campagne, qui a pris fin en 2010, n’a pas de preuve formelle, bien que nous étions presque trompé par un faux signal délibérément planté par le LIGO Affaires intérieures de la commission de garder des scientifiques sur leurs orteils.
Mais à la suite de la campagne de 2010, LIGO a subi une série de mises à jour sur une période de cinq ans. Lorsque Advanced LIGO est enfin venu en ligne en septembre dernier, son brillant de nouveaux détecteurs ont été trois fois plus sensible que la première LIGO expérience. Que signifie Advanced LIGO pouvez maintenant “écouter” au sein d’une plus vaste étendue de l’espace—jusqu’à 225 millions d’années-lumière de distance, par rapport aux 65 millions d’années-lumière de distance obtenus au cours de la dernière onde gravitationnelle chasse. Et, finalement, les scientifiques espèrent stimuler Advanced LIGO de la sensibilité à dix fois celle de la première LIGO expérience.
La chasse aux ondes gravitationnelles est également dirigée vers l’espace pour la première fois cette année. Le LISA Pathfinder, qui a été lancé le 2 décembre, est une preuve de principe de l’expérience qui permettra de tester les technologies fondamentales nécessaires pour la détection d’ondes gravitationnelles-delà de la Terre.
Le modèle de l’ordinateur de l’LISA pathfinder des chambres expérimentales (or boîtes) et l’interféromètre laser système (au centre). Crédit Image: ESA
Il ya quelques raisons d’espace extérieur est un endroit incontournable pour la recherche d’ondes gravitationnelles. Pour l’un, il est beaucoup plus silencieuse de l’environnement de la Terre—le seul de véritables sources de bruit de fond que nous avons à composer avec les vents solaires et les rayons cosmiques, qui peut être évité avec soin de blindage. (Dans le diagramme de la LISA Pathfinder chambre d’expérimentation indiqué ci-dessus, les deux masses sont logés dans séparée de l’électrode de boîtes, où ils sont protégés de toutes les forces extérieures. Comme avec LIGO, la distance entre eux est mesurée avec précision à l’aide du laser interféromètres.)
Mais la vraie raison, les scientifiques sont en apportant à la chasse pour les ondes gravitationnelles à l’espace, a à voir avec la distance. Libéré des contraintes de l’espace d’une petite planète rocheuse, nous pouvons placer des objets beaucoup plus espacés, et de ce fait coulé beaucoup plus net pour les ondes gravitationnelles. Alors que le LISA Pathfinder expérience tentera de mesurer la position relative de deux masses séparées par une simple 15 pouces, un avenir à partir de l’espace d’ondes gravitationnelles observatoire, sur la base de LISA technologie peut faire exactement la même chose sur des centaines de milliers de kilomètres.
Pourquoi est l’observation des ondes gravitationnelles une grosse affaire? Outre le fait qu’il affirme un gros morceau de la théorie d’Einstein de la relativité générale, les ondes gravitationnelles peuvent être utilisés pour sonder certains des plus mystérieux phénomènes dans le cosmos. Comme LISA Pathfinder scientifique Bill Weber dit Gizmodo le mois dernier, ils sont “le moyen le plus direct de l’étude de la fraction importante de l’univers qui est sombre.”
Les trous noirs, les étoiles à neutrons, et d’autres objets qui n’émettent pas de lumière sont très difficiles à étudier directement à partir de notre point de vue. Mais les ondes gravitationnelles, qui passent à travers ces objets, comme un couteau dans du beurre, nous offrent une fenêtre. En sondant l’univers sombre avec des ondes gravitationnelles, on peut découvrir de nouvelles merveilles célestes nous n’a jamais rêvé de.
LISA Pathfinder, à prêt à lancer en décembre 2015. Crédit Image: ESA
Qui plus est, comme les empreintes digitales des plus énergiques événements dans l’univers, les ondes gravitationnelles peuvent nous aider à comprendre comment la force de la gravité fonctionne dans des conditions extrêmes; c’est, à proximité de la forte limite de champ. Il y a beaucoup de choses que nous ne savons tout simplement pas comment la gravité fonctionne très massive d’objets sont à danser autour de l’un à l’autre à des vitesses approchant celle de la lumière.
La rumeur nous avons entendu aujourd’hui, que Advanced LIGO peut avoir détecté des ondes gravitationnelles, doit encore être confirmé. Comme Gizmodo Jennifer Ouellette points, il est probable que le LIGO de la communauté de ne pas nous offrir la paix d’esprit de sitôt. Mais le fait que les physiciens sont tous dans tous leurs états sur la simple possibilité parle à l’avenir prometteur pour la détection d’ondes gravitationnelles. Que LIGO sensibilité continue de croître, et comme LISA Pathfinder s’installe dans une orbite stable au point de Lagrange L1, nous pouvons nous attendre beaucoup plus de chuchotements des ondulations de l’espace-temps—peut-être, même ténu de vérification—au fil des semaines et des mois à venir.
Des moments passionnants dans lequel nous vivons.
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Haut: LISA Pathfinder de l’électrode de logement chambres, où le premier espace des tests à base d’ondes gravitationnelles aura lieu. Crédit Image: CGS SpA