A tudósok megerősítik a gravitációs hullámok létezését

Közel egy évszázaddal ezelőtt Albert Einstein fizikus elméletet fogalmazott meg a létezéséről téridőben hullámzó gravitációs hullámokat, de hiányzott a szükséges technológia az érvelésének alátámasztásához valós, nyers adatok. Nos, ma mindez megváltozik, mint a lézerinterferométer gravitációs hullám kutatócsoportja Az Obszervatórium (LIGO) megerősítette a gravitációs hullámok sorozatának közvetlen észlelését hullámok. Ráadásul a tudósok nem csak észlelték a hullámzást, de meg is tudták erősíteni az aktuális maguk a hullámok forrása – két hatalmas fekete lyuk mintegy 1,3 milliárd évvel ezelőtti hatalmas ütközésének eredménye. Ha valaha is volt lehetőség kimondani, hogy „elszakadt az észjárás”, akkor az egyértelműen most van.

1915 és 1916 körül Einstein szétzúzta univerzumunk szabályairól akkor még ismert volt, és azt állította, hogy az űr nem olyan statikus, mint ahogyan azt a tudományos közösség elhitette. A német fizikus inkább azt állította, hogy az univerzum geometriáját folyamatosan hajlítja és torzítja a környező energia és anyag. Lényegében ez az elmélet az ő munkája alapkőzetének részeként létezett

általános relativitáselmélet Ez megmagyarázza, hogy a tömegek között megfigyelt gravitációs vonzás a téridő e tömegek általi vetemedésének eredménye. Ma Einsteinnek az általános relativitáselméletről szóló munkája az asztrofizika információinak egyik létfontosságú pillére.

Az általános relativitáselmélet terén elért előrehaladása ellenére Einsteinnek súlyosan hiányoztak az eszközök a gravitációs hullámok felkutatására, sőt szinte lehetetlennek találta észlelni őket. Napjainkban azonban a Caltech és az MIT kutatói a LIGO ikerdetektoros eszközt üzemeltetik, amely képes érzékelni az elhaladó gravitációs hullámok apró rezgéseit. Még 2015 szeptemberében a LIGO eszköz 50-szer nagyobb energiajelet pillantott meg, mint az univerzum összes csillaga együtt (!) és meghaladta az „öt szigma” statisztikai szabványt jelentőség. A LIGO csapata öt hónapon keresztül boncolgatta a jelet hanggá konvertálni és hallgatni a két hatalmas fekete lyuk ütközését.

„Valójában azt halljuk, ahogy dübörögnek az éjszakában” – mondja az MIT fizika adjunktusa. Matthew Evans. „Jelet kapunk, amely a Földre érkezik, és feltehetjük egy hangszóróra, és halljuk, ahogy ezek a fekete lyukak „hopp”. Nagyon zsigeri kapcsolat van ezzel a megfigyeléssel. Nagyon hallgatod ezeket a dolgokat, amelyek korábban valahogy fantasztikusak voltak."

1992-ben fizikusok alapították Kip Thorne (akivel Christopher Nolan híresen konzultált Csillagközi), Ronald Drever a Caltech és az MIT Rainer Weiss, a LIGO kísérletet kizárólag a gravitációs hullámok észlelésére hozták létre. Fennállásának első nyolc éve (2002-2010) során egyetlen gravitációs hullámot sem tudott észlelni, ezért a kísérlet átmenetileg szünetelt a továbbfejlesztett detektorok telepítése miatt. Öt év, 200 millió dolláros felújítás után, amelyet elsősorban a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) finanszírozott – ami valójában költséges. 620 millió dollár – az új és továbbfejlesztett LIGO létesítmények működtek Livingstonban, Louisianában és Hanfordban, Washington.

Ami magát a műszert illeti, minden LIGO telephely egy L-alakú interferométerrel büszkélkedhet, amely nagyjából 4 kilométer hosszú, és osztott nyalábú lézerfényt használ, amely mindkét karban fel-le fut. Ahogy a lézerek haladnak a karokon, ugrálnak a precízen elhelyezett tükrök sorozata között, miközben folyamatosan figyelik az egyes tükrök között megtett pontos hosszt. Ha és ebben az esetben, amikor egy gravitációs hullám áthalad a műszeren, akkor a lézerek által a tükrök között megtett távolság olyan kicsinyre változik, hogy szinte észrevehetetlen.

„Majdnem elképzelhető, hogy egy sziklát ejtettünk a tó felszínére, és a hullámosság kialszik” – mondja Nergis Malvalvala, a MIT Curtis és Kathleen Marble asztrofizika professzora. „[Ez] valami eltorzítja a körülötte lévő téridőt, és ez a torzítás kifelé terjed, és több százmillió fényévvel később elér minket a Földön.”

A hullámok számítógépes szimulációinak futtatása után megállapították, hogy az energia a Napnál nagyjából 29-36-szor nagyobb tömegű objektumokból származik. A túlvilági ütközés előtt a két objektum mindössze 130 mérföldre volt egymástól, mielőtt végül összeolvadtak – más néven egymásnak ütköztek. Bruce Allen, a LIGO tagja szerint csak a fekete lyukak képesek ekkora tömeget befogadni egy ilyen zárt térben, majd hozzátette: „Mielőtt elvileg vitatkozhatna arról, hogy léteznek-e fekete lyukak vagy sem; most nem teheted."

Bár a LIGO tudósai beszámolhatnak az ütközés súlyosságáról, egy láthatatlan robbanás keletkezett, amely képes Az atombomba-robbanás puszta szikrának tűnik, öt hónap nagy részét azzal töltötte, hogy a kezdeti leolvasás helyes legyen. tény, valódi. Ahogy lassan kiszivárgott a szó egy észlelt gravitációs jelből, a tudósok éjjel-nappal dolgoztak, hogy megállapítsák, valódi-e vagy sem. A lehetséges alternatívák a laboratórium saját hamis jelzéseitől (vagy „vak injekcióktól”) a teljes körű, mesterséges álhírig terjedtek. Ezeket a lehetőségeket hamarosan kizárták, miután a csapat rájött, hogy valójában nem végez vaktesztet, és hogy egy koholt jel nagyon valószínűtlen.

„Úgy gondoltuk, óriási kihívás lesz bebizonyítani magunknak és másoknak, hogy az első néhány a jelek, amelyeket láttunk, nem pusztán csapások és véletlenszerű zajok voltak” – mondja David, a MIT LIGO laboratórium igazgatója Cipész. "A természet azonban hihetetlenül kedves volt, amikor olyan jelet adott nekünk, amely nagyon nagy, rendkívül könnyen érthető, és teljesen, nagyszerűen összhangban van Einstein elméletével."

Most, hogy a csapat hatékonyan bebizonyította a gravitációs hullámok létezését, az asztrofizika, az általános relativitáselmélet és az egész univerzum szövetét másképp kell szemlélni. Mint Science Mag jegyzetekMarc Kamionkowski, a Johns Hopkins Egyetem fizikusa elismeri, hogy ezek az eredmények megnyitják az ajtót a tudósok előtt, hogy tanulmányozzák. általános relativitáselmélet extrém körülmények között – azaz olyan esetekben, amikor egy test gravitációs tere csaknem teljes egészét teszi ki tömeg. Az MIT azt is elismeri, hogy a LIGO-eszköz által észlelt gravitációs mező csak a jéghegy csúcsa világegyetemünk alapvető fizikája szempontjából.

„Ez valóban egy teljesen új területet nyit meg az asztrofizikusok előtt” – teszi hozzá Matthew Evans. „Mindig az eget nézzük teleszkópokkal, és olyan elektromágneses sugárzást keresünk, mint a fény, a rádióhullámok vagy a röntgensugarak. Most a gravitációs hullámok egy teljesen új módja annak, hogy megismerjük a minket körülvevő univerzumot.”

A LIGO csapata tovább kívánja vizsgálni a legutóbbi, múlt hónapban véget ért megfigyelési futtatás során összegyűjtött adatokat – ez volt az első ilyen, a berendezés továbbfejlesztett érzékelőivel végzett kísérlet. Mivel más gravitációs hullámjeleket keres a rengeteg adat között, a laboratórium azt közölte, hogy az adatok rögzítésének megkezdésére is készül idén júliusban. David Shoemaker megjegyzései szerint a laboratóriumnak nem áll szándékában a gravitációs hullám babérjain pihenni.

„Néhány éven belül, amikor ezt teljesen üzembe helyezik, számos objektum eseményeit kellene látnunk: fekete lyukak, neutroncsillagok, szupernóva, valamint olyan dolgokat is, amiket még nem képzeltünk el, naponta egyszer vagy hetente egyszer, attól függően, hogy mennyi meglepetés ér bennünket.” mondja. "Ez az álmunk, és egyelőre nincs okunk tudni, hogy ez nem igaz."

A csapat eredményeinek teljes összegzése, amelyet a Physical Review Letters-ben tettek közzé február 11-én, amely tovább magyarázza azt a módot, ahogyan a LIGO detektorok érzékelték a gravitációs hullámokat. Az eredményeket enyhén forradalminak nevezni, mivel a felfedezés drasztikusan megváltoztatja univerzumunk legalapvetőbb megértését is. Milyen lenyűgöző idő az életben maradásra, mi?

Szerkesztői ajánlások

• A baba fekete lyukak csipognak, ahogy születnek, ahogy Einstein megjósolta