LIGO가 중력파를 감지하다
1915년과 1916년경, 아인슈타인은 우주의 법칙에 대해 당시 알려져 있던 것을 깨뜨렸고, 우주는 과학계가 믿게 된 것만큼 정적이지 않다고 가정했습니다. 오히려 독일 물리학자는 우주의 기하학이 주변 에너지와 물질에 의해 끊임없이 구부러지고 뒤틀린다고 말했습니다. 본질적으로 이 이론은 그의 연구의 기반의 일부로 존재했습니다. 일반 상대성 이론 이는 질량 사이에서 관측된 중력 인력이 바로 이러한 질량에 의한 시공간 뒤틀림의 결과라는 것을 설명합니다. 오늘날 일반 상대성 이론에 관한 아인슈타인의 연구는 천체 물리학 정보의 중요한 기둥 중 하나로 남아 있습니다.
일반 상대성 이론의 발전에도 불구하고 아인슈타인은 중력파를 찾을 수 있는 수단이 심각하게 부족했으며 심지어 중력파를 감지하는 것이 거의 불가능하다고 생각했습니다. 그러나 오늘날 Caltech와 MIT의 연구원들은 통과하는 중력파에서 미세한 진동을 감지하는 기능을 자랑하는 이중 감지기 LIGO 장치를 작동합니다. 2015년 9월, LIGO 장치는 이전보다 50배 더 큰 에너지 신호를 포착했습니다. 우주의 모든 별을 합해(!) 통계학의 '5시그마' 기준을 넘어섰습니다. 중요성. LIGO 팀은 5개월 동안 신호를 분석했습니다. 오디오로 변환해서 두 개의 거대한 블랙홀이 충돌하는 것을 듣습니다.
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MIT 물리학과 조교수는 "우리는 실제로 밤에 그들이 쿵쿵거리는 소리를 듣고 있습니다"라고 말합니다. 매튜 에반스. “우리는 지구에 도착하는 신호를 받고 있으며 이를 스피커에 연결하면 블랙홀이 “으악” 하는 소리를 들을 수 있습니다. 이 관찰에는 매우 본능적인 연관성이 있습니다. 당신은 이전에 어쩐지 환상적이었던 이런 것들을 정말로 듣고 있습니다.”
1992년 물리학자들이 공동 창립한 회사 킵 손 (크리스토퍼 놀란이 컨설팅을 했던 것으로 유명함) 인터스텔라), 로널드 드레버 칼텍, MIT 라이너 바이스, LIGO 실험은 오직 중력파 탐지 목적으로만 만들어졌습니다. 존재 후 처음 8년(2002~2010년) 동안 중력파를 단 하나도 감지하지 못했기 때문에 실험은 개선된 감지기 설치를 위해 일시적으로 중단되었습니다. 5년 동안 미국 국립과학재단(NSF)의 지원을 받아 2억 달러 규모의 개조 작업을 진행한 결과 실제로 비용이 많이 들었습니다. 6억 2천만 달러 — 루이지애나주 리빙스턴과 핸포드에 새롭고 개선된 LIGO 시설이 가동되었습니다. 워싱턴.
장비 자체와 관련하여 각 LIGO 사이트는 길이가 약 4km에 달하는 L자형 간섭계를 자랑하며 각 암을 위아래로 움직이는 분할 빔 레이저 광을 활용합니다. 레이저는 팔을 따라 이동하면서 정밀하게 배치된 일련의 거울 사이에서 튕겨나가면서 각 거울 사이에서 이동하는 정확한 길이를 지속적으로 모니터링합니다. 이 경우 중력파가 장비를 통과하면 레이저가 거울 사이를 이동하는 거리는 거의 눈에 띄지 않을 정도로 작아집니다.
MIT의 Curtis and Kathleen Marble 천체물리학 교수인 Nergis Malvalvala는 "연못 표면에 돌을 떨어뜨리면 잔물결이 사라지는 것처럼 시각화할 수 있습니다."라고 말합니다. "[그것은] 주위의 시공간을 왜곡하는 것입니다. 그리고 그 왜곡은 외부로 전파되어 수억 광년 후에 지구에 있는 우리에게 도달합니다."
파도에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 실행한 후 에너지가 태양보다 대략 29배와 36배 더 큰 물체에서 나오는 것으로 확인되었습니다. 다른 세상의 충돌이 일어나기 전에 두 물체는 서로 불과 130마일 떨어진 곳에서 나선형으로 돌다가 결국 합쳐졌습니다. 즉, 서로 충돌하는 것이었습니다. LIGO 회원인 브루스 앨런(Bruce Allen)에 따르면, 블랙홀만이 그러한 질량을 담을 수 있다고 합니다. “블랙홀이 존재하는지 여부를 원칙적으로 논쟁하기 전에; 지금은 할 수 없습니다.”
LIGO 과학자들은 충돌의 심각성을 보고할 수 있지만 눈에 보이지 않는 폭발을 일으켰습니다. 원자폭탄 폭발은 단순한 불꽃처럼 보이지만 초기 판독값이 사실, 진짜. 감지된 중력 신호에서 단어가 천천히 흘러나오자 과학자들은 그것이 진짜인지 아닌지를 확인하기 위해 밤낮으로 노력했습니다. 테이블에 있는 가능한 대안은 연구실 자체의 허위 신호(또는 "맹목적인 주입")부터 본격적인 인공 거짓말까지 다양했습니다. 이러한 가능성은 팀이 실제로 블라인드 주입 테스트를 실행하지 않고 조작된 신호가 거의 발생하지 않는다는 사실을 깨닫고 곧 배제되었습니다.
“우리는 처음 몇 가지 사실을 우리 자신과 다른 사람들에게 증명하는 것이 엄청난 도전이 될 것이라고 생각했습니다. 우리가 본 신호는 단순한 우연이나 무작위 소음이 아니었습니다.”라고 MIT LIGO 연구소 소장 David는 말합니다. 화공. "그러나 자연은 믿을 수 없을 정도로 친절하여 우리에게 매우 크고 이해하기 쉬운 신호를 전달했으며, 아인슈타인의 이론과 절대적으로 훌륭하게 일치했습니다."
이제 팀은 중력파의 존재, 천체 물리학의 구조, 일반 상대성 이론 및 전체 우주를 다른 방식으로 보아야 한다는 것을 효과적으로 입증했습니다. 처럼 사이언스 매거진 노트, 존스 홉킨스 대학의 물리학자인 Marc Kamionkowski는 이러한 발견이 과학자들에게 연구의 문을 열어준다는 점을 인정합니다. 극한 상황에서의 일반 상대성 이론 - 즉 신체의 중력장이 신체의 거의 모든 것을 설명하는 경우 대량의. MIT는 또한 LIGO 장치에 의해 감지된 중력장이 우리 우주의 기본 물리학 측면에서 빙산의 일각에 불과하다는 점을 인정합니다.
Matthew Evans는 “이것은 천체물리학자들에게 완전히 새로운 영역을 열어줍니다.”라고 덧붙입니다. “우리는 항상 망원경으로 하늘을 바라보며 빛, 전파, 엑스레이와 같은 전자기 방사선을 찾습니다. 이제 중력파는 우리 주변의 우주를 알 수 있는 완전히 새로운 방법입니다.”
앞으로 LIGO 팀은 장비의 업그레이드된 센서를 사용한 첫 번째 관측 실행인 지난달 종료된 최근 관측 실행 중에 수집된 데이터를 계속해서 선별할 계획입니다. 풍부한 데이터 속에서 다른 중력파 신호를 탐색하는 만큼, 연구실도 올 7월 데이터 기록을 시작할 준비를 하고 있다고 밝혔다. David Shoemaker의 논평에서 알 수 있듯이, 연구소는 중력파의 성공에 안주할 생각이 없습니다.
“몇 년 안에 이것이 완전히 가동되면 우리는 블랙홀, 중성자 별, 초신성, 우주 등 다양한 물체에서 일어나는 사건을 보게 될 것입니다. 아직 상상하지 못한 일들도 있지만, 얼마나 많은 놀라움이 있는지에 따라 하루에 한 번 또는 일주일에 한 번 빈도로 발생합니다.” Shoemaker 말한다. "그것이 우리의 꿈이고, 지금까지는 그것이 사실이 아니라는 것을 알 이유가 없습니다."
2월 11일자 Physical Review Letters에 발표된 팀 연구 결과의 전체 요약은 LIGO 감지기가 중력파를 감지하는 방식을 더 자세히 설명합니다. 이 발견은 우리 우주에 대한 가장 기본적인 이해마저도 근본적으로 변화시키기 때문에 그 결과를 혁명적이라고 부르는 것은 절제된 표현입니다. 살아 있기에 정말 매력적인 시간이군요, 그렇죠?
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