14 September 2015, blot et par dage efter den første aktivering, LIGO, jorden passerede gennem en gravitationel bølge. Som milliarder af sådanne bølger, som passerede gennem Jorden gennem hele sin historie, det blev genereret af snoning, fletning og kollision af to massive sverhdorogih objekter langt ud over vores galakse. Fra en afstand af mere end en milliard lysår vi har modtaget et signal om en fusion af to sorte huller. Signalet bevæger sig med lysets hastighed endelig nåede Jorden.
Denne gang var vi klar. Dual detektorer LIGO så ærmerne udvidet og indskrænket til subatomare størrelse, men det var nok til at gøre laserstrålen flyttet og gjort synlig forandring af, indgriben billede. For første gang har vi fundet en tyngdekraft bølge. Tre år senere har vi fundet ud af elleve af disse, ti der kom fra sorte huller. Her er hvad vi har lært.
Der var to “kør” LIGO data: den første fra 12 September 2015 til 19 januar 2016, og den anden, med forbedret følsomhed, fra 30 November 2016 til 25 August 2017. Den sidste lancering, i særdeleshed, var afholdt i forbindelse med JOMFRUEN detektor i Italien, som tilføjer ikke alene en tredje detektor, men også i høj grad forbedret vores evne til at markere det sted på forekomsten af disse gravitationelle bølger. LIGO er i øjeblikket ikke arbejder, er lukket for renovering opdateringer, der vil gøre det endnu mere følsomme. En ny session af indsamling af data skal begynde i foråret 2019.
November 30, LIGO videnskabelige samarbejde har offentliggjort resultaterne af deres forbedrede analyse, som er sensitiv over for de sidste faser af fusionen objekter med masse fra 1 til 100 sol.
Af de 11 opdagelser, der er gjort til dato, og repræsenterer 10 af fusionen af sorte huller, og kun GW170817 er fusionen af neutronstjerner. Fusionen af neutron-stjerner, der var tættest på os — kun 130-140 millioner lysår. Den massive fusion GW170729 — vi har hørt fra en afstand af 9 milliarder år.
To af disse opdage, er også den nemmeste og sværeste fusion med dannelsen af gravitationelle bølger: GW170817 står over for en neutronstjerne har en masse på 1.46, og 1.27 solen og GW170729 står sort hul med en masse på 50.6, 34.3 gange solens masse.
Før du er fem overraskende kendsgerninger, som vi har lært, takket være alle disse opdagelser.
#1. Stort er ikke altid set bedre
Den største fusion af sorte huller, er det nemmeste at se på — de er ikke mere end 50 gange solens masse. Gravitationsbølger er gode, fordi de er lettere at se fra langt væk, end lyskilden. Lyset mister sin lysstyrke er proportional med kvadratet af afstanden: en stjerne er ti gange længere væk, vil være hundrede gange lysdæmper. Men gravitationsbølger er dæmpet i forhold til den distance: sorte huller, der er på denne afstand, vil producere 1/10 og ikke 1/100 signalstyrken.
Som et resultat, vi kan se en meget tunge objekter på meget store afstande, men kan ikke se sorte huller fusionerer på 75, 100, 150 eller 200+ gange solens masse. Fra 20 til 50 gange solens masse — ganske almindelige, men over, at vi ikke har set noget endnu. Måske sorte huller, der kommer fra supertunge stjerner er faktisk sjældent.
#2. Mere detection er bedre
At tilføje en tredje detektor på samme tid forbedrer evnen til at bestemme positioner af objekter og øger frekvensen for påvisning. LIGO arbejdede i cirka 4 måneder i løbet af de første løb og 9 måneder i løbet af det andet år. Men halvdelen af de fund skete i sidste måned: hun arbejdede med JOMFRUEN. I 2017 gravitational-wave begivenheder blev opdaget i disse dage:
- Juli 29 (sorte huller af solens masse og 50.6 34.3),
- August 9, (den sorte huller af solens masse og 35.2 23.8),
- 14 Aug (sorte huller, masser af sol 30.7 og 25.3),
- August 17 (neutron stjerne af solens masse 1.46 og 1.27),
- August 18 (de sorte huller af sol-masser af 35.5 og 26.8),
- August 23 (sorte huller af solens masse og 39.6 29.4).
I den sidste måned af observationer, vi finder fusionen mere end en gang om ugen. Måske når vi bliver følsomme over for store afstande, og de signaler, der er af mindre amplituder og masserne, begynder vi at se en begivenhed per dag i 2019.
#3. Fletning af sorte huller, der lyser op i Universet
Når de sorte huller, som vi fandt, var udsat for, de frigivet mere energi på toppen end alle stjernerne i Universet sammen. Vores Sol er en standard, der former vores opfattelse af andre stjerner. Det skinner så klart, at den samlede energiproduktion er 4 x 1026 W — svarende til at omdanne fire millioner tons stof i ren energi, hver anden.
I evalueringen af ~1023 stjerner i det observerbare Univers, vil den samlede effekt af alle de stjerner skinner på himlen, overstiger 1049 watt til enhver tid: en enorm mængde energi, der er fordelt over hele rummet. Men i løbet af få millisekunder under toppen af fusioner af dobbelt sorte huller, hver af de 10 observerede begivenheder fra det synspunkt af energi, overskygget af alle de stjerner i Universet sammen. (Selv om dette tal er relativt lille). Det er ikke overraskende, at den mest massive fusioner, der toppede listen.
#4. Energi generatorer
Omkring 5% af den samlede masse af både sorte huller er omdannet til ren energi ifølge Einsteins formel E = mc2 under disse fusioner. Krusninger på plads, der producerer disse fusionerende sorte huller, der skal være et sted til at få energi og på en eller anden måde skal komme fra masserne selv fusionerende sorte huller. I gennemsnit, på grundlag af omfanget af signaler af gravitationelle bølger, som vi har set, og gendannede den afstand, sorte huller miste 5% af dets samlede masse, som bliver til gravitationel bølge energi, hvis fusionen.
- GW170608, sammenlægning sorte huller med den laveste masse, blev konverteret til 0,9 gange solens masse til energi.
- GW150914, den første udstråling af sorte huller, der er omdannet til en 3.1 gange solens masse til energi.
- GW170729, den mest massive sorte huller, der er omdannet med en 4,8 gange solens masse til energi.
Disse begivenheder skaber krusninger i rum-tid, repræsenterer den mest energirige begivenheder kendt siden Big Bang. De producerer mere energi, end nogen neutronstjerne, fusioner, gamma-ray bursts eller supernovaer.
#5. Mere for mindre — snart
Med alt det, vi har nu set, kan du forvente, at vi vil se fusioner af sorte huller med mindre masse og større hyppighed. Den mest massive sammenlægninger af sorte huller, der producerer signaler med den største amplitude, så de er de nemmeste at opdage. Men i betragtning af det faktum, hvordan volumen og afstand, dobbelt-afstanden betyder otte gange volumen. De mere følsomme LIGO bliver, jo nemmere er det at opdage massive genstande på større afstande end lav-masse objekter i nærheden.
Vi ved, at der er sorte huller i 7, 10, 15 eller 20 gange solens masse, men LIGO er lettere at opdage mere massiv sort hul væk. Vi forventer, at der er dobbelt sorte huller med forskellige masser: den ene af dem vil være langt mere massiv end den anden. Så snart forbedret vores følsomhed, vi forventer, at der vil være flere, men det nemmeste ville være at finde den mest massive. Vi forventer, at den mest massive af dem, der vil dominere i de første opdagelser, samt “varme jupiterlignende exoplaneter” dominerede i den første søgning af exoplaneter. Med hensyn til hvordan vi vil forbedre search proces, vil vi finde flere sorte huller med mindre masse.
Da det blev bekendtgjort, om opdagelsen af den første gravitationelle bølger, sammen med dette født gravitationel bølge astronomi. Mennesker har sammenlignet denne begivenhed med virkeligheden, når Galileo første viste sit teleskop mod himlen, men i virkeligheden er det meget mere. Som om vores himlen var dækket af skyer, vi udviklet en enhed, der giver dig mulighed for at se gennem dem, der er klare nok kilde til tyngdekraften: fusioner af sorte huller eller neutronstjerner. Fremtiden for gravitationel bølge astronomi lover at omvælte vores opfattelse af Universet, for at vise hende i et nyt lys. Og denne fremtiden allerede er ankommet.
Klar til at høste dets frugter? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.