Questa mattina, Internet è scoppiata con le voci che i fisici hanno, infine, osservare le onde gravitazionali; increspature nel tessuto dello spazio-tempo previsto da Albert Einstein di un secolo fa. Anche se non è la prima volta che abbiamo sentito sussurri eccitati circa il fantomatico fenomeni, il gossip si sente più promettenti, alla luce del recente aggiornamento rilevatore Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) che c’è dietro a tutto questo baccano.
Alla scoperta di onde gravitazionali sarebbe un affare enorme per la fisica, la cosmologia e la nostra comprensione dell’universo. Ma se non sei uno scienziato a studiare uno di questi settori, è possibile che tu non hai mai sentito parlare di questi misteriosi increspature. Cosa diavolo sono le onde gravitazionali, e perché i fisici stanno lottando per trovare a loro per un secolo? Inoltre, perché dovremmo cura?
Messo semplicemente, le onde gravitazionali sono vibrazioni nel tessuto dell’universo alla velocità della luce increspature nello spazio-tempo stesso, causati da tale epicamente eventi violenti come esplodono le stelle e il buco nero fusioni. Grazie per inconcepibilmente grande, violenti, e distanti celeste avvenimenti, gli atomi che compongono il tutto, dalle stelle nel cielo per gli esseri umani sulla Terra stanno scuotendo un po’, per tutto il tempo.
E da piccolo ho davvero dire poco. Per tutta l’energia che va in produzione di onde gravitazionali, increspature dello spazio-tempo a se stessi sono incredibilmente debole. I fisici stima che con il tempo le onde gravitazionali raggiungere la Terra, sono dell’ordine di un miliardesimo il diametro di un atomo. È necessario ridicolmente precisi strumenti operativi completamente privo di rumore in ambienti di misurazione, e fino a poco tempo fa, i nostri rivelatori semplicemente non è stato fino al tabacco da fiuto.
Simulazione numerica fusione di due buchi neri eseguita da Albert Einstein Institute in Germania. Immagine Di Credito: Werner Benger / Wikimedia
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Ma la rivelazione di onde gravitazionali gioco cambiata di recente, con una recente ondata di miglioramenti al nostro leader a terra osservatorio, LIGO, e con il lancio del primo spazio in base rivelatore di onde gravitazionali, LISA Pathfinder. Armati di questi due laboratori di scienze, i fisici sono fiduciosi che saremo in grado di misurare il nostro primo increspature dello spazio-tempo, entro la fine del decennio. Ora, sembra che la giornata potrebbe venire molto prima.
In linea di principio, la rilevazione di onde gravitazionali è abbastanza semplice; in pratica, è affatto. Quello che i fisici stanno cercando di fare è misurare piccole fluttuazioni che la distanza tra due oggetti separati da una quantità nota. Ma perché atomica nervosismo speriamo di rilevare sono così dannatamente piccolo, abbiamo bisogno di esperimenti che possono essere oggetti separati da grandi distanze. Anche allora, abbiamo bisogno di misurare i cambiamenti nella distanza di molto, molto preciso.
Questo è il principio alla base del nostro attuale stato-of-the-art rivelatori di onde gravitazionali. In caso di LIGO, che per primo è andato online nei primi anni del 2000, due specchi sono appese molto distanti (in Richland, Washington e Baton Rouge, Louisiana), che formano un primario braccio, mentre altri due specchi sono impostati perpendicolare a quella. Un fascio di luce laser passa attraverso un separatore di fascio e ha permesso a rimbalzare avanti e indietro tra le due braccia’ specchi, molte volte, prima di tornare alla sua origine.
“Se i due bracci sono identici lunghezze, quindi le interferenze tra i fasci di luce di ritorno per il beam splitter sarà diretta tutta la luce verso il laser, la” Caltech sito informativo su LIGO spiega. “Ma se c’è qualche differenza tra le lunghezze dei due braccia, un po ‘ di luce si recheranno a cui può essere registrato da una cellula fotoelettrica.”
Schema di LIGO Rivelatore. Via LIGO.
Se ciò accade, un segnale elettrico prodotto e scienziati per determinare se hanno appena assistito a una bona fide di onde gravitazionali. Il problema è che il nostro pianeta è un luogo rumoroso, e un sacco di altri tipi di movimento, da tremori della Terra, automobili e treni, può sporcare il segnale. Il rumore di fondo del nostro pianeta, accoppiato con le limitazioni imposte dalla distanza dei rilevatori, ha messo alcuni gravi limiti alla nostra capacità di fiutare le onde gravitazionali da terra. Il primo LIGO di osservazione per la campagna, che si è conclusa nel 2010, attivato senza prove solide, anche se siamo quasi a ingannare da un falso segnale deliberatamente piantato da LIGO Affari Interni commissione per tenere gli scienziati sui loro piedi.
Ma dopo la campagna del 2010, LIGO ha subito una serie di aggiornamenti nel corso di un periodo di cinque anni. Quando Advanced LIGO è venuto finalmente online lo scorso settembre, il suo nuovo fiammante rivelatori sono stati tre volte più sensibile rispetto a quella iniziale LIGO esperimento. Che significa Advanced LIGO ora possibile “ascoltare” attraverso una ben più vasta fetta di spazio—fino a 225 milioni di anni luce di distanza, contro i 65 milioni di anni luce di distanza, realizzato durante l’ultima caccia di onde gravitazionali. E, infine, gli scienziati sperano di aumentare Advanced LIGO sensibilità dieci volte quello iniziale LIGO esperimento.
La caccia di onde gravitazionali è anche a capo di spazio per la prima volta quest’anno. LISA Pathfinder, che ha lanciato il 2 dicembre, è una prova di principio esperimento che mette alla prova tecnologie fondamentali necessari per la rivelazione di onde gravitazionali oltre la Terra.
Modello di Computer di LISA pathfinder sperimentale camere (oro caselle) e interferometro laser system (centro). Via ESA.
Ci sono un paio di ragioni di spazio esterno è un interessante luogo per la ricerca di onde gravitazionali. Per uno, è un molto più tranquillo ambiente di Terra—l’unica vera fonte di rumore di fondo dobbiamo fare i conti con il vento solare e la radiazione cosmica, che può essere evitato con attenzione schermatura. (Nel diagramma di LISA Pathfinder camera sperimentale sopra indicato, test di due masse sono alloggiati in separata elettrodo di caselle, dove sono protetti da tutte le forze esterne. Come per LIGO, la distanza tra loro è misurato con precisione l’utilizzo di laser interferometri.)
Ma il vero motivo gli scienziati stanno portando a caccia di onde gravitazionali nello spazio ha a che fare con la distanza. Liberato dai vincoli spaziali di un piccolo pianeta roccioso, siamo in grado di posizionare gli oggetti molto lontani, e, così facendo, il cast è molto più ampia rete per le onde gravitazionali. Mentre LISA Pathfinder experiment tenterà di misurare la posizione relativa di due masse separate da appena 15 pollici, un futuro basato sullo spazio di onde gravitazionali osservatorio basato su LISA tecnologia potrebbe fare la stessa cosa nel corso di centinaia di migliaia di chilometri.
Perché è l’osservazione di onde gravitazionali un grande affare? A parte il fatto che sarebbe affermare un pezzo grosso della teoria di Einstein della relatività generale, le onde gravitazionali possono essere utilizzati per sondare alcuni dei più misteriosi fenomeni del cosmo. Come LISA Pathfinder scienziato Bill Weber ha detto Gizmodo, il mese scorso, sono “il modo più diretto per studiare la gran parte dell’universo che è buio.”
Buchi neri, stelle di neutroni, e altri oggetti che non emettono luce sono molto difficili da studiare direttamente dal nostro punto di vista. Ma le onde gravitazionali, che passano attraverso tali oggetti come un coltello nel burro, ci offrono una finestra. In sondare l’universo oscuro, con le onde gravitazionali, potremmo scoprire nuove meraviglie celesti non abbiamo mai sognato di.
LISA Pathfinder, pronta per il lancio nel mese di dicembre 2015. Via ESA.
Cosa c’è di più, come le impronte digitali degli eventi più energetici dell’universo, le onde gravitazionali possono aiutarci a comprendere come la forza di gravità agisce in condizioni estreme; che è vicino il forte limite di campo. C’è molto che semplicemente non sanno come funziona la gravità, quando molto di oggetti massicci sono a ballare l’uno intorno all’altro a velocità prossime a quella della luce.
La voce che abbiamo sentito oggi, che Advanced LIGO può aver rilevato le onde gravitazionali, deve ancora essere confermata. Come Gizmodo è Jennifer Ouellette punti, è probabile che il LIGO comunità non ci offrono la pace della mente in qualunque momento presto. Ma il fatto che i fisici sono tutti in un tizzy oltre la mera possibilità che parla al futuro promettente per la rivelazione di onde gravitazionali. Come LIGO di sensibilità e continua a crescere, e come LISA Pathfinder si deposita in un orbita stabile in L1 Lagrange punto, ci si può aspettare molti di più sussurri di increspature dello spazio-tempo—forse, anche qualche tenue di verifica nel corso delle settimane e dei mesi a venire.
Emozionante tempi in cui viviamo.
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Immagine in alto: LISA Pathfinder elettrodo custodia camere, dove il primo spazio di test per le onde gravitazionali si svolgerà, via CGS SpA.