LIGO detectează undele gravitaționale
În jurul anilor 1915 și 1916, Einstein a spulberat regulile cunoscute atunci despre universul nostru, postulând că spațiul nu era atât de static pe cât a fost făcută să creadă comunitatea științifică. Mai degrabă, fizicianul german a afirmat că geometria universului este constant îndoită și răsucită de energia și materia înconjurătoare. În esență, această teorie a existat ca parte a fundamentului pentru munca sa
relativitatea generală ceea ce explică modul în care atracția gravitațională observată între mase este rezultatul deformării spațiu-timpului de către aceste mase. Astăzi, lucrarea lui Einstein asupra relativității generale rămâne unul dintre pilonii vitali ai informațiilor în astrofizică.
În ciuda progreselor sale în relativitatea generală, Einstein nu avea în mod grav mijloacele necesare pentru a căuta unde gravitaționale și chiar le-a considerat aproape imposibil de detectat. Astăzi, însă, cercetătorii de la Caltech și MIT operează dispozitivul LIGO cu detector dublu, care se mândrește cu capacitatea de a detecta vibrații minuscule de la undele gravitaționale care trec. În septembrie 2015, dispozitivul LIGO a întrezărit un semnal energetic de 50 de ori mai mare decât toate stelele universului s-au combinat (!) și au depășit standardul „cinci sigma” al statisticilor semnificaţie. Timp de cinci luni, echipa LIGO a disecat semnalul prin transformându-l în audio și ascultând cele două găuri negre masive se ciocnesc.
Videoclipuri recomandate
„De fapt îi auzim bătând noaptea”, spune profesor asistent de fizică la MIT. Matthew Evans. „Primim un semnal care sosește pe Pământ și îl putem pune pe un difuzor și putem auzi aceste găuri negre spunând „Hoop”. Există o legătură foarte viscerală cu această observație. Chiar asculți aceste lucruri care înainte erau cumva fantastice.”
Co-fondat în 1992 de către fizicieni Kip Thorne (cu care Christopher Nolan s-a consultat pentru Interstelar), Ronald Drever de Caltech și MIT Rainer Weiss, experimentul LIGO a fost creat exclusiv în scopul detectării undelor gravitaționale. În primii săi opt ani de existență (2002-2010), nu a reușit să detecteze nici măcar o undă gravitațională, ceea ce a determinat experimentul să sufere o pauză temporară pentru instalarea detectorilor îmbunătățiți. După o renovare de cinci ani, în valoare de 200 de milioane de dolari, finanțată în principal de Fundația Națională pentru Știință (NSF) – care a costat de fapt 620 de milioane de dolari - noile și îmbunătățite facilități LIGO erau în funcțiune în Livingston, Louisiana și Hanford, Washington.
În ceea ce privește instrumentul în sine, fiecare site LIGO are un interferometru în formă de L care măsoară aproximativ 4 kilometri lungime și utilizează o lumină laser cu fascicul divizat care rulează în sus și în jos pentru fiecare braț. Pe măsură ce laserele călătoresc pe brațe, ele sară în jurul unei serii de oglinzi plasate cu precizie, în timp ce monitorizează în mod constant lungimea exactă pe care o parcurge între fiecare oglindă. Dacă și în acest caz, când o undă gravitațională trece prin instrument, distanța pe care o parcurg laserele între oglinzi se va schimba într-o manieră atât de mică încât este aproape de neobservat.
„Aproape că o poți vizualiza ca și cum ai scăpa o piatră pe suprafața unui iaz, iar ondulația se stinge”, spune Curtis și profesorul de astrofizică Kathleen Marble de la MIT, Nergis Malvalvala. „[Este] ceva care distorsionează spațiul-timp din jurul său și acea distorsiune se propagă în exterior și ajunge la noi pe Pământ, sute de milioane de ani lumină mai târziu.”
După executarea unor simulări computerizate ale valurilor, s-a determinat că energia provenea de la obiecte care măsoară aproximativ 29 și 36 de ori mai mari decât soarele. Înainte de coliziunea de pe altă lume, cele două obiecte se învârteau în spirală la doar 130 de mile unul de celălalt înainte de a fuziona în cele din urmă - adică se ciocnesc unul de celălalt. Potrivit membrului LIGO Bruce Allen, doar găurile negre sunt capabile să conțină atât de multă masă într-o astfel de spațiu restrâns și a adăugat în continuare, „înainte de a putea argumenta în principiu dacă există sau nu găuri negre; acum nu poți.”
Deși oamenii de știință LIGO sunt capabili să raporteze gravitatea coliziunii, a creat o explozie invizibilă capabilă să facă o explozia bombei atomice arată ca o simplă scânteie, a petrecut cea mai mare parte a cinci luni pentru a se asigura că citirea inițială a fost, în fapt, real. Pe măsură ce cuvântul iese încet dintr-un semnal gravitațional detectat, oamenii de știință au lucrat zi și noapte pentru a determina dacă era autentic sau nu. Posibilele alternative de pe masă au variat de la semnalele false ale laboratorului (sau „injecții oarbe”) până la o farsă în toată regula, creată de om. Aceste posibilități au fost în scurt timp excluse după ce echipa și-a dat seama că de fapt nu efectuează niciun test de injecție oarbă și că un semnal fabricat era foarte puțin probabil.
„Ne-am gândit că va fi o provocare uriașă să ne dovedim nouă și altora că primii Semnalele pe care le-am văzut nu au fost doar zgomote întâmplătoare”, spune directorul de laborator al MIT LIGO, David. Cizmar. „Dar natura a fost incredibil de amabilă în a ne oferi un semnal care este foarte mare, extrem de ușor de înțeles și absolut, magnific, în conformitate cu teoria lui Einstein.”
Acum, că echipa a dovedit în mod eficient existența undelor gravitaționale, structura astrofizicii, relativității generale și întregul univers cere să fie privite într-un mod diferit. La fel de Note Mag Science, fizicianul de la Universitatea Johns Hopkins, Marc Kamionkowski, recunoaște că aceste descoperiri deschid ușa oamenilor de știință să studieze relativitatea generală în condiții extreme - adică cazurile în care câmpul gravitațional al unui corp reprezintă aproape toată masa. MIT admite, de asemenea, că câmpurile gravitaționale detectate de dispozitivul LIGO sunt doar vârful aisbergului în ceea ce privește fizica fundamentală a universului nostru.
„Acest lucru deschide într-adevăr o zonă cu totul nouă pentru astrofizicieni”, adaugă Matthew Evans. „Ne uităm întotdeauna la cer cu telescoape și căutăm radiații electromagnetice precum lumina, undele radio sau raze X. Acum, undele gravitaționale sunt un mod complet nou prin care putem cunoaște universul din jurul nostru.”
Mergând mai departe, echipa LIGO intenționează să continue să cerceteze datele strânse în timpul recentei activități de observare care s-a încheiat luna trecută - prima astfel de rulare folosind senzorii îmbunătățiți ai echipamentului. În timp ce caută alte semnale de unde gravitaționale în abundența de date, laboratorul a spus că se pregătește, de asemenea, să înceapă înregistrarea datelor în iulie. Evidențiat de comentariile făcute de David Shoemaker, laboratorul nu are nicio intenție să se odihnească pe laurii de unde gravitaționale.
„Peste câțiva ani, când va fi pus în funcțiune complet, ar trebui să vedem evenimente dintr-o varietate întreagă de obiecte: găuri negre, stele neutronice, supernova, precum și lucruri pe care nu le-am imaginat încă, cu frecvența de o dată pe zi sau o dată pe săptămână, în funcție de câte surprize sunt acolo”, Shoemaker spune. „Acesta este visul nostru și până acum nu avem niciun motiv să știm că nu este adevărat.”
O rezumare completă a constatărilor echipei publicate în Physical Review Letters pe 11 februarie, care explică în continuare modul în care detectoarele LIGO au detectat undele gravitaționale. Este o subestimare să numim rezultatele revoluționare, deoarece descoperirea modifică drastic chiar și cea mai elementară înțelegere a universului nostru. Ce moment absolut fascinant pentru a fi în viață, nu?
Recomandările editorilor
- Găurile negre pentru copii ciripesc pe măsură ce se nasc, așa cum a prezis Einstein
