R. Pijn, Caltech/JPL.
Sinds Albert Einstein eerste voorspelde het bestaan van een eeuw geleden, natuurkundigen zijn op jacht naar gravitatiegolven, rimpelingen in de structuur van de ruimtetijd. Dat jagen is nu voorbij. Gravitatie golven bestaan, en we hebben ze gevonden.
Dat is volgens de onderzoekers van de Laser Interferometer van gravitatiegolven Observatory (LIGO), die zijn doorboord voor weken, werken de klok rond om te bevestigen dat de eerste rechtstreekse detectie van gravitatiegolven is de real deal. Valse signalen zijn gedetecteerd voor, en hoewel de geruchten voor het eerst gemeld door Gizmodo zijn op de vlucht voor een maand, de LIGO team wilde er absoluut zeker van zijn voordat u een officiële aankondiging.
Die aankondiging heeft gewoon komen. Gravitatiegolven werden waargenomen op 14 September 2015 om 5:51 pm ET door zowel de LIGO-detectoren, gelegen in Livingston, Louisiana, en Hanford, Washington. De bron? Een superzwaar zwart gat aanrijding die plaatsvond 1,3 miljard jaar geleden. Wanneer het zich heeft voorgedaan, ongeveer drie keer de massa van de zon is omgezet naar energie in een fractie van een seconde.
De ontdekking werd geaccepteerd voor publicatie in Physical Review Letters.
Gravitatiegolven zijn rimpelingen in het universum veroorzaakt door een aantal van de meest energetische kosmische gebeurtenissen, van exploderende sterren te superzwaar zwart gat fusies. Als ze zich voortplanten door ruimte en tijd, zwaartekracht golven ontstaan minuscule trillingen in de atomen waaruit de materie. Terwijl Einstein voorspelde ze in zijn algemene theorie van relativiteit in 1916, en hun bestaan werd indirect aangetoond in de jaren 1980, was het niet tot de LIGO detector kwam online in 2002 dat het jagen op een ongrijpbare ruimtetijd rimpelingen begon het serieuze werk.
Gesponsord
Maar de eerste generatie LIGO experiment, die is uitgevoerd voor acht jaar, was niet gevoelig genoeg. Dat is begrijpelijk. Gravitatiegolven zijn minuscule— de atomaire kriebels die via onze wereld als twee zwarte gaten bash samen in een ver sterrenstelsel zijn in de orde van een miljardste van een miljardste de diameter van een atoom. LIGO vastgesteld door proxy, met hoog vermogen lasers meten van kleine veranderingen in de afstand tussen twee objecten duizenden mijlen van elkaar verwijderd zijn. Een miljoen dingen kunnen schroef deze met een denderende goederentrein, een tremor in de Aarde, en de ongemakkelijke realiteit dat alle objecten met een temperatuur boven het absolute nulpunt zijn trillende alle tijd.
Na een reeks van upgrades, die duurde van 2010 tot 2015, LIGO is weer online in het afgelopen najaar. Met meer krachtige lasers en een verbeterd systeem voor het isoleren van het experiment van trillingen in de grond, zijn de vooruitzichten voor het detecteren van de eerste gravitatiegolven nog nooit beter uitgezien. Sommige wetenschappers zelfs voorspeld dat hadden we onze eerste positieve detectie in 2016—maar weinig kon hebben geweten hoe snel zou komen.
In feite, LIGO zag gravitatiegolven bijna onmiddellijk. Het team was de hele vallen uitvoerig onderzoek naar mogelijke instrumentale en verstoringen van het milieu om te bevestigen dat het signaal echt was.
Advertentie
Volgens Einstein ‘ s relativiteitstheorie, als een paar zwarte gaten baan op een andere, verliezen ze energie langzaam, waardoor ze te kruipen geleidelijk dichterbij. In de laatste minuten van de fusie, zij versnellen aanzienlijk, tot slot, bewegen op ongeveer de helft van de snelheid van het licht, ze bash samen, vormen een groter zwart gat. Een enorme uitbarsting van energie vrijkomen en verspreiden door de ruimte als gravitatie golven.
De twee zwarte gaten achter al die drukte zijn 29 en 36 keer de massa van de Zon, respectievelijk. Tijdens de piek van hun kosmische botsing, LIGO onderzoekers schatten dat hun vermogen was 50 keer die van het hele zichtbare heelal.
“De beschrijving van deze observatie is prachtig beschreven in de theorie van Einstein de algemene relativiteitstheorie formuleerde 100 jaar geleden en heeft de eerste test van de theorie in sterke zwaartekracht,” zei Rainer Weiss, die voor het eerst voorgesteld LIGO als een middel van het detecteren van gravitatiegolven in de jaren 1980. “Het zou prachtig om naar te kijken Einstein’ s gezicht waren we in staat geweest om hem te vertellen.”
De ontdekking van gravitatiegolven is een open geheim weken nu. De wetenschappers’ eigen opwinding kreeg het betere van hen op verschillende gelegenheden, zoals vorige week, toen theoretisch natuurkundige Clifford Burgess aan de McMaster University in Hamilton, Canada, een e-mail gestuurd om zijn hele afdeling, hen te vertellen dat LIGO had gevonden, een echte, en “spectaculair” signaal van twee grote zwarte gaten samenvoegen.
Nu, de snuit is opgeheven en de natuurkundigen kunnen geek-out op de top van hun longen. Houd een oogje op de sociale media vandaag de dag, het moet een ruckus.
De ontdekking van gravitatiegolven bevestigt een belangrijk aspect van de theorie van de relativiteit, maar het doet veel meer dan dat. Letterlijk, het opent een nieuw hoofdstuk in onze verkenning van de kosmos, waar elektromagnetische straling is niet langer onze enige instrument voor het “zien” van het universum. Als MIT astrofysicus Scott Hughes vertelde Gizmodo in een telefonisch interview, kunnen we gebruik maken van zwaartekrachtgolven meten mysterieuze hemellichamen zoals zwarte gaten en neutronensterren, die meestal geen licht.
“Er is veel van de rijke informatie die is gecodeerd in gravitatiegolven,” zei hij, erop wijzend dat de vorm van een ruimtetijd rimpel kan ons iets vertellen over de omvang en beweging van het object die het geproduceerd. “Als een astronoom, probeer ik na te denken over hoe om te gaan van de ‘sound’ van de golfvorm die LIGO maatregelen, om de parameters die de productie van die golfvorm.”
Hughes merkt ook op dat zodra onze detectoren zijn gevoelig genoeg om te vangen gravitatiegolven regelmatig, we kunnen beginnen met de bouw van een telling van het universum de meest energetische gebeurtenissen. “Eigenlijk is het krijgen van een aantal demografische gegevens is een van de belangrijkste dingen die we hopen te doen in een tijd van detectie,” zei hij.
“Als eerste detectie gebeurt, er gaat een partij, geen vraag,” vervolgde hij. “Maar na dat, wanneer detectie routine wordt, is wanneer de dingen beginnen om echt interessant.”
Een eeuw lang jacht is voorbij. Maar een nieuwe kosmische verkenning is nog maar het begin.
Volg de auteur @themadstone