Fysikere har Lige Spottet Gravitationelle Bølger Igen—Så Hvad er det Næste?

Billede: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

En lang, lang tid siden, et par sorte huller kolliderede med en sådan kraft, at de har skabt krusninger på rumtiden, som strømmer ud gennem universet. Alt imens, molekyler på en lille sten i en temmelig irrelevant krog af Mælkevejen galaxy arrangeret sig i levende ting, der har udviklet sig i selv-bevidst aber. Disse aber i sidste ende indså, at de kunne faktisk måler disse rumtiden vakler, og der er bygget flere kilometer lange maskiner (lille, hvis du virkelig tænker over det) for at gøre det. Når de er vendt kontakten, de fangede den vakler bare i gang.

Men da de fik øje på et andet sæt af vakler, og antydninger af endnu en (selvom de ikke var sikker). Nu har de bekræftet, at en tredje begivenhed, og det gjorde de aber spørge sig selv: Hvad betyder alt dette? Og hvor skal vi hen herfra?

I dag, parret af Laser Interferometer Gravitational Wave Observatorier (LIGO) bekræfter påvisning af en tredje sæt af disse gravitationelle bølger, først forudsagt af Albert Einstein over hundrede år siden. Mens den tredje opdagelse er stadig næsten lige så spændende som den første, og for det andet, at forskerne nu er begyndt at tænke over, hvad disse bølger kan fortælle dem om vores univers, og hvad de kan gøre, når de har set en masse af dem.

“Dette er kun begyndelsen,” Gabriela Gonzalez, den sidste talsmand for den LIGO det Videnskabelige Samarbejde og professor fra Louisiana State University, fortalte Gizmodo. “Der er meget mere på vej.”

Forskere har til opgave at to LIGOs med at observere gravitationelle bølger, den ene i Washington State og andre i Louisiana. De er i grunden et par vinkelret herskere fremstillet af lys, optik, hvor systemer opdele en laser, der sender stråler ned lange rør, og derefter samle dem i en detektor. Hvis en gravitationel bølge ruller af den mængde plads, lys har at krydse ændringer, flytter de to bjælker i og ud af justering og skabe en bølgeform på en graf. Forskere har brug for to LIGOs for at bekræfte, at den bemærkning var ikke bare en lastbil rullende forbi. Og en lignende observatorium, kaldes Jomfru, er nu tændt i Italien og de vil slutte sig til LIGOs snart til bedre at bestemme oprindelsen og adfærd af gravitationelle bølger.

“Denne begivenhed er ikke en rygende pistol, men det er den første begivenhed, som vi mere alvorligt foretrækker et scenario over en anden”

LIGOs-spottet mest den seneste bølge begivenhed, GW170104, på 4 januar i år. De brugte den bølgeform til at bestemme, at det kom fra et par støde på sorte huller, tre millioner lysår væk, ca 31 og 19 gange massen af vores Sol, bliver til et enkelt sort hul på omkring 49 gange massen, og der blev offentliggjort deres resultater i dag i tidsskriftet Physical Review Letters. Massen af det sorte hul passer ganske pænt mellem massen af de sorte huller udledes, tungere og lettere bølger målt tidligere. Den bølgeform også leveret nogle vage antydninger af svar på spørgsmålet om, hvordan et par af sorte huller, der ender med at kredse om hinanden i første omgang.

Et sort hul binære kan enten form fra et par, der kredser om stjerner, der både er brudt sammen, eller hvis et sort hul, bestået ved en anden og fik viklet ind i sin grovhed. Hvis det første tilfælde var sandt, det spind af sorte huller, der vil bringe med i deres baner. Men hvis spillet var i den modsatte retning af baner, det andet scenarie ville være mere sandsynligt. Den seneste gravitationel bølge observation er begyndt at pege forskere i retning af det andet tilfælde. Det er bestemt ikke overbevisende endnu, men det indebærer, at i det fjerne (og derfor yngre) univers, der kunne steder koncentreret med sammensmeltende sorte huller, Imre Bartos, associeret forsker fra Columbia University, fortalte Gizmodo.

“Denne begivenhed er ikke en rygende pistol, men det er den første begivenhed, som vi mere alvorligt foretrækker et scenario over en anden,” Salvatore Vitale, assistant professor på MIT, fortalte Gizmodo. “Hvis du spørger mig, jeg tror, det er for tidligt at sige noget afgørende,” sagde han.

Gravitationel bølge astronomi er stadig i sin vorden, men vi vil snart komme til et punkt, hvor den enkelte påvisning af bølger er ikke nogen nyhed. Vi er der ikke endnu, men snart skal du forvente at begynde at høre mere om, hvad forskerne kan vælge ud af tendenser blandt masser af kolliderende sorte huller, og om opfølgende observationer fra net af satellitter og teleskoper på udkig efter en elektromagnetisk eller neutrino modstykke til den gravitationelle bølger.

“Hvis du ønsker at få en form for optisk eller elektromagnetisk følge op observation, du har brug for noget, som ikke bare har to sorte huller,” Scott Hughes, professor i fysik ved MIT, fortalte Gizmodo. Picking ud af sådan en underskrift vil sandsynligvis kræve, at to neutronstjerner, utrolig massiv bolde ikke helt tæt nok til at kollapse til sorte huller. LIGO sandsynligvis behov for øget følsomhed, før det kan få øje på neutronstjerne, fusioner, noget de detektorer, der vil arbejde på, når dette års løb er overstået. “Håb er, at vi vil begynde at disse observationer,” dem, med de to LIGO detektorer, plus Jomfruen, og forbedret følsomhed, “midt på sommeren 2018 eller deromkring,” sagde Gonzalez. “Med den følsomhed, måske vil vi begynde at se neutron-stjerner, der et par måneder af data.”

“Du kan aldrig bevise, at en teori er korrekt, kan du kun bevise, at det er forkert. Einstein er endnu ikke forkert.”

Alt imens, forskerne vil fortsætte med at bruge gravitationelle bølger for at teste forskellige teorier om vores univers, fra de mere eksotiske, om gravitationsfelter har en partikel, der er forbundet med dem på den måde, at el gør, at Einstein ‘ s relativitetsteori. “Du kan aldrig bevise, at en teori er korrekt, kan du kun bevise, at det er forkert,” sagde Vitale. “Einstein er endnu ikke forkert.”

Det er fantastisk, ved den måde. Gravitationelle bølger, en forudsigelse lavet af den generelle relativitetsteori drømt op en hundrede år siden for at forklare mærkelige knæk i teorien om tyngdekraften, som den skøre af merkurs bane, kan også beskrive stærke begivenheder, der finder sted i den anden ende af universet. “Det er et menneske i forhold til Usain Bolt,” sagde han. “Denne samme teori uden ændringer forklarer også den bevægelse af objekter utrolig massiv bevægelse utrolig hurtigt, hastigheder sammenlignelige med lysets hastighed.” For at være fair, det ville være meget spændende for en masse mennesker, hvis nogen fandt en afvigelse fra Einstein ‘ s teori.

Længere nede af vejen, efter at Jomfruen er hooked op, andre detektorer, herunder et i Indien og et andet i Japan, vil hjælpe med at lokalisere placeringen af gravitationelle bølger—lige nu, er der en enorm skår af himlen, hvorfra de stammer. I sidste ende, vil forskerne også være i stand til at bestemme bølger’ polarisering, den måde, de rent faktisk deformere rummet, mens de rejser.

Forskerne krydser fingre for, at noget uventet. “For at fortælle dig sandheden, hvad jeg er mest begejstret for er at opdage det ukendte,” sagde Gonzalez. “Som at finde et signal om, stærk som den første, at der ikke følger en model, som vi kender.”