14 September 2015, bara några dagar efter den första aktiveringen, LIGO, jorden gått igenom en gravitationella vågor. Gillar miljarder sådana vågor, som passerat genom Jorden under hela dess historia, detta var som genereras av att vrida, slå samman och kollision av två massiva sverhdorogih objekt långt bortom vår galax. Från ett avstånd av mer än en miljard ljusår vi fått en signal om en sammanslagning av två svarta hål. Signal, rör sig med ljusets hastighet slutligen nådde Jorden.
Denna gång var vi redo. Dubbla detektorer LIGO såg ärmarna expanderat och krympt till subatomära storlek, men det var tillräckligt för att få laserstrålen förskjutits och gjort tydlig förändring av störningar bild. För första gången, vi upptäckte en allvarlig våg. Tre år senare, vi har hittat elva av dessa, varav tio kom från svarta hål. Här är vad vi lärde oss.
Det var två “kör” LIGO data: den första från den 12 September 2015 till och med den 19 januari 2016 och den andra, med en ökad känslighet, från och med den 30 November 2016 till och med den 25 augusti 2017. Den sista starten, i synnerhet, var som hölls i samband med JUNGFRUN detektorn i Italien, vilket bidrog inte bara till en tredjedel detektor, men också avsevärt förbättrat vår förmåga att markera plats av förekomsten av dessa gravitationella vågor. LIGO är för närvarande inte arbetar, är stängt för renovering uppdateringar som kommer att göra det ännu mer känsligt. En ny session av uppgifter bör påbörjas under våren 2019.
November 30, LIGO vetenskapligt samarbete har publicerat resultaten av sin förbättrade analys, som är känsliga för de sista stadierna av fusionen objekt med massan från 1 till 100 sol.
Av de 11 upptäckter som har gjorts hittills, representerar 10 av sammanslagningen av svarta hål, och bara GW170817 är sammanslagningen av neutronstjärnor. Sammanslagningen av neutronstjärnor var närmast oss — bara 130-140 miljoner ljusår. Den massiva fusion GW170729 — vi har hört från ett avstånd på 9 miljarder år.
Två av dessa upptäcker är också det enklaste och svåraste samgåendet med bildandet av gravitationsvågor: GW170817 inför en neutronstjärna med en massa 1.46 och 1.27 solen och GW170729 inför svart hål med en massa på 50,6, 34.3 solmassor.
Innan du fem överraskande fakta som vi lärt mig, tack vare alla dessa upptäckter.
#1. Stor är inte alltid sett bättre
Den största koncentrationen av svarta hål är lättast att se — och de är inte mer än 50 solmassor. Gravitationsvågor är bra eftersom de är lättare att se från långt bort än ljuskällan. Ljuset förlorar sin ljusstyrkan är proportionell mot kvadraten på avståndet: en stjärna är tio gånger längre bort, kommer att bli hundra gånger dimmer. Men gravitationella vågor dämpas i proportion till avståndet: svarta hål som finns på detta avstånd, kommer att producera 1/10 och inte 1/100 signalstyrkan.
Som ett resultat, kan vi se en mycket massiva objekt på mycket stora avstånd, men kan inte se svarta hål sammanslagning på 75, 100, 150 eller 200+ solmassor. Från 20 till 50 solmassor — ganska vanligt, men ovan att vi har inte sett något ännu. Kanske svart hål som kommer från supermassiva stjärnor är verkligen ovanligt.
#2. Fler upptäckt är bättre
Lägga till en tredje detektor på samma gång förbättrar möjligheten att bestämma positioner på objekt och ökar frekvensen av upptäckt. LIGO arbetat för ca 4 månader, under den första körningen och 9 månader under det andra året. Men hälften av de upptäckter som inträffat under den senaste månaden: hon arbetade med JUNGFRUN. I 2017 gravitationella-våg händelser upptäcktes i dessa dagar:
- 29 juli (svart hål med solens massa och 50.6 34.3),
- 9 augusti (svart hål med solens massa och 35.2 23,8 mkr),
- 14 Aug (svart hål med solens 30.7 och 25.3),
- 17 augusti (neutron stjärna av solens massa 1.46 och 1.27),
- 18 augusti (den svarta hål av solmassor 35.5 och 26,8),
- 23 augusti (svart hål med solens massa och 39,6 29.4).
Under denna sista månaden av observationerna kan vi hitta en sammanslagning mer än en gång i veckan. Kanske när vi blir känsliga för stora avstånd och de signaler som är av mindre amplituder och massorna, börjar vi se ett evenemang per dag under 2019.
#3. Sammanslagning svart hål lyser upp Universum
När svarta hål som vi hittade, inför, de släppte mer energi på topp än alla stjärnor i Universum tillsammans. Vår Sol är en standard som formar vår uppfattning av andra stjärnor. Det lyser så starkt att dess totala energi-produktionen är 4 × 1026 W — motsvarande omvandla fyra miljoner ton materia till energi varje sekund.
I utvärderingen av ~1023 stjärnor i det observerbara Universum, total uteffekt på alla stjärnor lyser på himlen, överstiger 1049 watt som helst: en enorm mängd energi som distribueras i hela rymden. Men inom några millisekunder under toppen av fusioner av dubbel svart hål, varje av de 10 observerade händelser ur synvinkel av energi, i skuggan av alla stjärnor i Universum tillsammans. (Även om denna siffra är relativt liten). Det är inte förvånande att den mest omfattande fusioner toppade listan.
#4. Energi generatorer
Ca 5% av den totala massan av både svarta hål förvandlas till ren energi enligt Einsteins formel E = mc2 under dessa fusioner. Ringar i rymden som producerar dessa sammanslagning svart hål, måste vara någonstans för att få energi och på något sätt måste komma från massorna själva sammanslagning svart hål. I genomsnitt, på grund av omfattningen av signaler av gravitationsvågor, som vi har sett och återvunna avstånd, svarta hål förlorar om 5% av den totala massan, som förvandlas till gravitationella vågor av energi, om fusionen.
- GW170608, sammanslagning svart hål med den lägsta vikten, omvandlades till 0,9 solmassor till energi.
- GW150914, den första lyster i svarta hål, omvandlas 3.1 solmassor till energi.
- GW170729, den mest massiva svarta hål, omvandlas en 4.8 solmassor till energi.
Dessa händelser orsakar störningar i tid och rum, är det mest energirika händelser känd sedan Big Bang. De producerar mer energi än någon neutron star fusioner, gamma-ray bursts eller supernovor.
#5. Mer mindre — snart
Med allt som vi har nu sett, kan du förvänta dig att vi kommer att se sammanslagningar av svarta hål med mindre massa och större frekvens. Den mest omfattande sammanslagningar av svarta hål producera signaler med den största amplituden, så de är lättast att upptäcka. Men med tanke på, hur är den volym och avstånd, dubbla avståndet innebär åtta gånger volymen. De mer känsliga LIGO blir, desto lättare är det att upptäcka massiva föremål på större avstånd än med låg massa föremål i närheten.
Vi vet att det finns svarta hål i 7, 10, 15 eller 20 solmassor, men LIGO är lättare att upptäcka mer massivt svart hål bort. Vi räknar med att det finns dubbel svart hål med olika stora massan: en av dem kommer att vara mycket mer omfattande än de andra. Så snart som förbättrat vår känslighet, kan vi förvänta oss att det kommer att bli mer, men det enklaste skulle vara att hitta den mest omfattande. Vi förväntar oss att den mest omfattande av dem som kommer att dominera i den första upptäckter, samt “hot Jupiters” dominerade i den första sökningen av exoplaneter. När det gäller hur vi kommer att förbättra sökningen, vi kommer att hitta mer svart hål med mindre massa.
När det tillkännagavs om upptäckten av den första gravitationsvågor, tillsammans med detta född gravitationella våg astronomi. Folk har jämfört händelsen med det faktum, när första Galileo vänt sitt teleskop mot himlen, men i verkligheten är det mycket mer. Som om himlen var täckt av moln, vi första utvecklat en apparat som gör att du kan se igenom dem tillräckligt ljust källa av allvar: koncentrationer av svarta hål eller neutronstjärnor. Framtiden för gravitationell våg astronomi lovar att upend vår bild av Universum, att visa henne i ett nytt ljus. Och denna framtid har redan kommit.
Redo att skörda dess frukter? Berätta för oss i vår chatt i Telegram.