- Yerçekimi dalgaları - değişiklikler yerçekimi alanı, dalgalar gibi yayılıyor. Hareketli kütleler tarafından yayılırlar, ancak radyasyondan sonra onlardan ayrılırlar ve bu kütlelerden bağımsız olarak var olurlar. Matematiksel olarak uzay-zaman metriklerinin bozulmasıyla ilgilidir ve "uzay-zaman dalgalanmaları" olarak tanımlanabilir.
Genel görelilik ve diğerlerinin çoğu modern teoriler yerçekimi yerçekimi dalgaları hareketle üretilir büyük cisimler değişken ivme ile. Yerçekimi dalgalarıışık hızında uzayda serbestçe yayılır. Yerçekimi kuvvetlerinin (diğerleriyle karşılaştırıldığında) göreceli zayıflığı nedeniyle, bu dalgaların büyüklüğü çok küçüktür ve kaydedilmesi zordur.
Yerçekimi dalgaları, genel görelilik teorisi (GR) ve diğer birçok yerçekimi teorisi tarafından tahmin edilmektedir. Bunlar ilk olarak Eylül 2015'te LIGO'nun ikiz dedektörleri tarafından doğrudan keşfedildi; bu dedektörler, muhtemelen iki kara deliğin birleşerek daha büyük bir dönen kara delik oluşturmasından kaynaklanan yerçekimsel dalgaları tespit etti. kara delik. Varlıklarına dair dolaylı kanıtlar 1970'lerden beri biliniyor; genel görelilik, gözlemlerle örtüşen yakın sistemlerin yakınsama oranlarını tahmin ediyor çift yıldız Yerçekimi dalgalarının emisyonu nedeniyle enerji kaybı nedeniyle. Yerçekimi dalgalarının doğrudan kaydedilmesi ve bunların astrofiziksel süreçlerin parametrelerini belirlemek için kullanılması, modern fizik ve astronominin önemli bir görevidir.
Genel görelilik çerçevesinde, yerçekimi dalgaları, ışık hızında (doğrusal yaklaşımla) hareket eden uzay-zaman metriğinin bir pertürbasyonunu temsil eden dalga tipi Einstein denklemlerinin çözümleriyle tanımlanır. Bu öfkenin tezahürü özellikle şu şekilde olmalıdır: periyodik değişim Serbestçe düşen (yani herhangi bir kuvvetten etkilenmeyen) iki test kütlesi arasındaki mesafe. Bir yerçekimsel dalganın genliği h boyutsuz bir miktardır; mesafedeki göreceli bir değişikliktir. Astrofizik nesnelerden (örneğin kompakt ikili sistemler) ve olaylardan (süpernova patlamaları, nötron yıldız birleşmeleri, kara delikler tarafından yıldız yakalanması vb.) kaynaklanan yerçekimi dalgalarının tahmin edilen maksimum genlikleri, Güneş Sisteminde ölçüldüğünde çok küçüktür (h = 10 −18-10 −23). Zayıf (doğrusal) bir yerçekimi dalgası, genel görelilik teorisine göre, enerji ve momentum aktarır, ışık hızında hareket eder, enine, dört kutupludur ve birbirine 45° açıyla konumlanmış iki bağımsız bileşenle tanımlanır ( iki polarizasyon yönü vardır).
Farklı teoriler, yerçekimi dalgalarının yayılma hızını farklı şekilde tahmin eder. Genel görelilikte ışık hızına eşittir (doğrusal yaklaşımla). Diğer yerçekimi teorilerinde sonsuzluk dahil her değeri alabilir. Yerçekimi dalgalarının ilk kaydına göre dağılımlarının kütlesiz bir gravitonla uyumlu olduğu ortaya çıktı ve hızının ışık hızına eşit olduğu tahmin edildi.
"Çok uzun zaman önce değil güçlü ilgi Teorik fizikçi Michio Kaku, 2004 yılında yazdığı Einstein's Cosmos adlı kitabında, bilim camiasını harekete geçiren şeyin, yerçekimi dalgalarını doğrudan gözlemlemeye yönelik bir dizi uzun vadeli deney olduğunu yazdı. — LIGO projesi (“Yerçekimi Dalgalarını Gözlemlemek için Lazer İnterferometre”), büyük ihtimalle iki kara deliğin çarpışmasından kaynaklanan yerçekimsel dalgaları “gören” ilk proje olabilir. derin uzay. LIGO, bir fizikçinin rüyasının gerçekleşmesidir; yerçekimi dalgalarını ölçecek yeterli güce sahip ilk tesistir."
Kaku'nun tahmini gerçekleşti: Perşembe günü, LIGO gözlemevinden bir grup uluslararası bilim insanı, yerçekimsel dalgaların keşfini duyurdu.
Yerçekimi dalgaları, ivmeyle hareket eden büyük nesnelerden (kara delikler gibi) "kaçan" uzay-zamandaki salınımlardır. Başka bir deyişle, kütleçekim dalgaları uzay-zamanın yayılan bir bozukluğudur, mutlak boşluğun ilerleyen bir deformasyonudur.
Kara delik, uzay-zamanda yerçekimsel çekimi o kadar güçlü olan bir bölgedir ki, ışık hızında hareket eden nesneler bile (ışığın kendisi dahil) oradan ayrılamaz. Bir kara deliği dünyanın geri kalanından ayıran sınıra olay ufku denir: Olay ufku içinde olup biten her şey, dışarıdan bir gözlemcinin gözünden gizlenir.
Erin Ryan Erin Ryan tarafından internette yayınlanan bir pasta fotoğrafı.
Bilim insanları yerçekimsel dalgaları yarım yüzyıl önce yakalamaya başladı: İşte o zaman Amerikalı fizikçi Joseph Weber, Einstein'ın genel görelilik teorisiyle (GTR) ilgilenmeye başladı, ücretli izin aldı ve yerçekimsel dalgaları incelemeye başladı. Weber, yerçekimsel dalgaları tespit eden ilk cihazı icat etti ve kısa süre sonra "kütleçekim dalgalarının sesini" kaydettiğini duyurdu. Ancak bilim camiası onun mesajını yalanladı.
Ancak Joseph Weber sayesinde pek çok bilim insanı “dalga kovalayanlara” dönüştü. Bugün Weber baba olarak kabul ediliyor bilimsel yön Yerçekimi dalgası astronomisi.
"Bu, yerçekimi astronomisinde yeni bir çağın başlangıcıdır"
Bilim adamlarının yerçekimsel dalgaları kaydettiği LIGO gözlemevi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki üç lazer tesisinden oluşuyor: ikisi Washington eyaletinde ve biri Louisiana'da bulunuyor. Michio Kaku, lazer dedektörlerinin çalışmasını şu şekilde açıklıyor: “Lazer ışını iki ayrı ışına bölünüyor ve bunlar daha sonra birbirine dik olarak gidiyor. Daha sonra aynadan yansıyarak tekrar bağlanırlar. Yerçekimi dalgası bir interferometreden (ölçüm cihazı) geçerse, iki lazer ışınının yol uzunlukları bozulacak ve bu onların girişim desenine yansıyacaktır. Lazer kurulumunun kaydettiği sinyalin rastgele olmadığından emin olmak için dedektörlerin Dünya üzerinde farklı noktalara yerleştirilmesi gerekmektedir.
Ancak gezegenimizin boyutundan çok daha büyük olan devasa bir yerçekimsel dalganın etkisi altında tüm dedektörler aynı anda çalışabilecek.”
Şimdi LIGO işbirliği, kütleleri 36 ve 29 olan ikili kara delik sisteminin birleşmesinden kaynaklanan yerçekimsel radyasyonu tespit etti güneş kütleleri 62 güneş kütlesi kütlesine sahip bir nesneye. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi profesörü Sergei Vyatchanin, Gazeta.Ru muhabirine şöyle konuştu: "Bu, yerçekimsel dalgaların hareketinin ilk doğrudan (doğrudan olması çok önemli!) ölçümüdür." bilim bölümü. — Yani iki kara deliğin birleşmesinden kaynaklanan astrofiziksel felaketten bir sinyal alındı. Ve bu sinyal tanımlanır - bu da çok önemlidir! Bunun iki kara delikten olduğu açıktır. Ve bu, yalnızca optik, X-ışını, elektromanyetik ve nötrino kaynakları aracılığıyla değil, aynı zamanda yerçekimi dalgaları yoluyla da Evren hakkında bilgi elde etmeyi mümkün kılacak olan yerçekimi astronomisinde yeni bir çağın başlangıcıdır.
Kara deliklerin yüzde 90'ının varsayımsal nesneler olmaktan çıktığını söyleyebiliriz. Bazı şüpheler devam ediyor, ancak yine de yakalanan sinyal, genel görelilik teorisine uygun olarak iki kara deliğin birleşmesine ilişkin sayısız simülasyonun öngördüğü sinyale çok iyi uyuyor.
Bu, kara deliklerin var olduğuna dair güçlü bir argümandır. Bu sinyalin henüz başka bir açıklaması yok. Dolayısıyla kara deliklerin var olduğu kabul ediliyor.”
"Einstein çok mutlu olurdu"
Yerçekimi dalgaları, genel görelilik teorisinin bir parçası olarak (bu arada kara deliklerin varlığı konusunda şüpheci olan) Albert Einstein tarafından tahmin edilmişti. GR'de üç mekansal boyuta zaman da ekleniyor ve dünya dört boyutlu hale geliyor. Tüm fiziği altüst eden teoriye göre yerçekimi, uzay-zamanın kütle etkisi altında bükülmesinin bir sonucudur.
Einstein, ivmeyle hareket eden herhangi bir maddenin uzay-zamanda bir çekim dalgası, yani bir rahatsızlık yarattığını kanıtladı. Nesnenin ivmesi ve kütlesi arttıkça bu bozulma daha büyük olur.
Yerçekimi kuvvetlerinin diğer temel etkileşimlerle karşılaştırıldığında zayıf olması nedeniyle, bu dalgaların büyüklüğü çok küçük olmalı ve kaydedilmesi zor olmalıdır.
Beşeri bilimler akademisyenlerine genel göreliliği açıklarken, fizikçiler sıklıkla onlardan üzerine devasa topların indirildiği gerilmiş bir lastik tabaka hayal etmelerini istiyorlar. Toplar kauçuğa doğru baskı yapar ve gerilmiş tabaka (uzay-zamanı temsil eder) deforme olur. Genel göreliliğe göre tüm Evren, her gezegenin, her yıldızın ve her galaksinin üzerinde ezikler bıraktığı kauçuktur. Dünyamız, ağır bir topun uzay-zamanı "itmesi" sonucunda oluşan bir huninin konisi etrafında yuvarlanmak üzere fırlatılan küçük bir top gibi Güneş'in etrafında dönmektedir.
NOT/Reuters
Ağır top Güneş'tir
Einstein'ın teorisinin ana doğrulaması olan yerçekimi dalgalarının keşfinin Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmesi muhtemeldir. LIGO işbirliğinin sözcüsü Gabriella Gonzalez, "Einstein çok mutlu olurdu" dedi.
Bilim adamlarına göre keşfin pratikte uygulanabilirliği hakkında konuşmak için henüz çok erken. “Yine de Heinrich Hertz (elektromanyetik dalgaların varlığını kanıtlayan Alman fizikçi - Gazeta.Ru) bir cep telefonunun olacağını düşünebilir miydi? HAYIR! Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi profesörü Valery Mitrofanov, "Şu anda hiçbir şeyi hayal edemiyoruz" dedi. M.V. Lomonosov. — “Interstellar” filmine odaklanıyorum. Eleştirilir evet ama vahşi bir adam bile sihirli bir halı hayal edebilir. Ve sihirli halı bir uçağa dönüştü, hepsi bu. Ve burada çok karmaşık bir şeyi hayal etmemiz gerekiyor. Interstellar'da noktalardan biri, insanın bir dünyadan diğerine seyahat edebilmesiyle ilgilidir. Eğer bu şekilde hayal ediyorsanız, bir insanın bir dünyadan diğerine seyahat edebileceğine, birçok evrenin olabileceğine, herhangi bir şeye inanıyor musunuz? Hayır diye cevap veremem. Çünkü bir fizikçi böyle bir soruya “hayır” cevabını veremez! Sadece bazı koruma yasalarıyla çelişiyorsa! Bilinenlerle çelişmeyen seçenekler var fiziksel yasalar. Yani dünyalar arası seyahat mümkün!”
Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi çerçevesinde yaptığı teorik tahminden yüz yıl sonra bilim adamları, kütleçekim dalgalarının varlığını doğrulayabildiler. Derin uzayı incelemek için temelde yeni bir yöntemin (yerçekimi dalgası astronomisi) dönemi başlıyor.
Farklı keşifler var. Rastgele olanlar var, astronomide yaygınlar. William Herschel'in Uranüs'ü keşfetmesi gibi, "bölgenin kapsamlı bir şekilde taranması" sonucunda ortaya çıkan tamamen tesadüfi olanlar yoktur. Şans eseri olanlar var - bir şeyi arayıp başka bir şey bulduklarında: örneğin Amerika'yı keşfettiler. Ancak planlı keşifler bilimde özel bir yere sahiptir. Açık bir teorik tahmine dayanmaktadırlar. Tahmin edilen şey öncelikle teoriyi doğrulamak için aranır. Bu tür keşifler arasında Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Higgs bozonunun keşfi ve lazer interferometre yerçekimsel dalga gözlemevi LIGO kullanılarak yerçekimsel dalgaların tespiti yer alıyor. Ancak teorinin öngördüğü bazı olguları kaydetmek için, tam olarak neye ve nereye bakacağınıza ve bunun için hangi araçlara ihtiyaç duyulduğuna dair oldukça iyi bir anlayışa sahip olmanız gerekir.
Yerçekimi dalgalarına geleneksel olarak genel görelilik teorisinin (GTR) bir tahmini denir ve bu gerçekten de böyledir (her ne kadar artık bu tür dalgalar GTR'ye alternatif veya onu tamamlayan tüm modellerde mevcut olsa da). Dalgaların ortaya çıkışı, yerçekimi etkileşiminin yayılma hızının sınırlılığından kaynaklanır (genel görelilikte bu hız, ışık hızına tam olarak eşittir). Bu tür dalgalar, bir kaynaktan yayılan uzay-zamandaki bozukluklardır. Yerçekimi dalgalarının meydana gelmesi için, kaynağın belirli bir şekilde titreşmesi veya hızlandırılmış bir hızda hareket etmesi gerekir. Diyelim ki mükemmel küresel veya silindirik simetriye sahip hareketler uygun değil. Bu tür kaynaklardan oldukça fazla var, ancak çoğu zaman küçük bir kütleye sahipler ve güçlü bir sinyal oluşturmak için yetersizler. Sonuçta yerçekimi dördünün en zayıfıdır temel etkileşimler dolayısıyla yer çekimi sinyalini kaydetmek çok zordur. Ek olarak, kayıt için sinyalin zaman içinde hızlı bir şekilde değişmesi, yani yeterince yüksek bir frekansa sahip olması gerekir. Aksi takdirde değişiklikler çok yavaş olacağından bunu kaydedemeyiz. Bu, nesnelerin aynı zamanda kompakt olması gerektiği anlamına gelir.
Başlangıçta bizimki gibi galaksilerde her birkaç on yılda bir meydana gelen süpernova patlamaları büyük heyecan yaratıyordu. Bu, eğer bir sinyali birkaç milyon ışıkyılı uzaklıktan görmemize olanak tanıyan bir hassasiyete ulaşabilirsek, yılda birkaç sinyale güvenebileceğimiz anlamına gelir. Ancak daha sonra, bir süpernova patlaması sırasında yerçekimsel dalgalar biçimindeki enerji salınımının gücüne ilişkin ilk tahminlerin çok iyimser olduğu ve bu kadar zayıf bir sinyalin ancak Galaksimizde bir süpernova patlak verdiğinde tespit edilebileceği ortaya çıktı.
Hızlı hareket eden devasa kompakt nesneler için başka bir seçenek de nötron yıldızları veya kara deliklerdir. Ya oluşum sürecini ya da birbirleriyle etkileşim sürecini görebiliriz. Çöküşün son aşamaları yıldız çekirdekleri füzyonun son aşamalarının yanı sıra kompakt nesnelerin oluşumuna da yol açar nötron yıldızları ve kara deliklerin süresi birkaç milisaniye civarındadır (bu da yüzlerce hertzlik bir frekansa karşılık gelir) - tam da ihtiyacımız olan şey. Bu durumda, büyük kompakt cisimler belirli hızlı hareketler yaptığından, yerçekimi dalgaları da dahil olmak üzere (ve bazen esas olarak) çok fazla enerji açığa çıkar. Bunlar bizim ideal kaynaklarımızdır.
Doğru, galakside süpernovalar birkaç on yılda bir patlıyor, nötron yıldızlarının birleşmesi her birkaç onbin yılda bir meydana geliyor ve kara delikler birbirleriyle daha da az birleşiyor. Ancak sinyal çok daha güçlüdür ve özellikleri oldukça doğru bir şekilde hesaplanabilir. Ancak artık onbinlerce galaksiyi kapsamak ve bir yılda birden fazla sinyali tespit etmek için sinyali birkaç yüz milyon ışıkyılı uzaklıktan görebilmemiz gerekiyor.
Kaynaklara karar verdikten sonra dedektörü tasarlamaya başlayacağız. Bunu yapmak için yerçekimi dalgasının ne yaptığını anlamanız gerekir. Detaya girmeden, bir yerçekimi dalgasının geçişinin bir gelgit kuvvetine neden olduğunu söyleyebiliriz (sıradan ay veya güneş gelgitleri ayrı bir olgudur ve yerçekimi dalgalarının bununla hiçbir ilgisi yoktur). Böylece, örneğin metal bir silindiri alabilir, onu sensörlerle donatabilir ve titreşimlerini inceleyebilirsiniz. Bu zor değil, bu yüzden bu tür kurulumlar yarım yüzyıl önce yapılmaya başlandı (bunlar Rusya'da da mevcut; şimdi SAI MSU'dan Valentin Rudenko ekibi tarafından geliştirilen geliştirilmiş bir dedektör Baksan yer altı laboratuvarına kuruluyor). Sorun, böyle bir cihazın sinyali herhangi bir yerçekimi dalgası olmadan görmesidir. Başa çıkılması zor olan birçok gürültü var. Dedektörü yeraltına kurmak mümkündür (ve yapılmıştır!), izole etmeye çalışın, soğutun. düşük sıcaklıklar ancak yine de gürültü seviyesini aşmak için çok güçlü bir yerçekimsel dalga sinyaline ihtiyaç duyulacaktır. Ancak güçlü sinyaller nadiren gelir.
Bu nedenle seçim, 1962'de Vladislav Pustovoit ve Mikhail Herzenstein tarafından ortaya atılan başka bir plan lehine yapıldı. JETP'de (Deneysel ve Teorik Fizik Dergisi) yayınlanan bir makalede, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bir Michelson interferometresi kullanılmasını önerdiler. Lazer ışını interferometrenin iki kolundaki aynalar arasından geçer ve ardından farklı kollardan gelen ışınlar eklenir. Işın girişiminin sonucunu analiz ederek kol uzunluklarındaki göreceli değişiklik ölçülebilir. Bunlar çok hassas ölçümlerdir, dolayısıyla gürültüyü yenerseniz olağanüstü hassasiyet elde edebilirsiniz.
1990'ların başında bu tasarımı kullanarak birkaç dedektör yapılmasına karar verildi. İlk faaliyete geçenler, teknolojiyi test etmek için Avrupa'da GEO600 ve Japonya'da TAMA300 (sayılar kolların metre cinsinden uzunluğuna karşılık gelir) gibi nispeten küçük tesislerdi. Ancak asıl oyuncular ABD'deki LIGO tesisleri ve Avrupa'daki VIRGO tesisleri olacaktı. Bu cihazların boyutu halihazırda kilometre cinsinden ölçülüyor ve planlanan nihai hassasiyet, yılda yüzlerce olmasa da düzinelerce olayın görülmesine olanak tanıyacak.
Neden birden fazla cihaza ihtiyaç var? Yerel gürültüler (örn. sismik) mevcut olduğundan öncelikle çapraz doğrulama için. Sinyalin kuzeybatı Amerika Birleşik Devletleri ve İtalya'da eşzamanlı tespiti, sinyalin dış kökenine dair mükemmel bir kanıt olacaktır. Ancak ikinci bir neden daha var: Yerçekimi dalgası dedektörleri, kaynağa giden yönü belirlemede çok zayıf. Ancak birbirinden aralıklı birkaç dedektör varsa, yönü oldukça doğru bir şekilde belirtmek mümkün olacaktır.
Lazer devleri
Orijinal haliyle LIGO dedektörleri 2002'de, VIRGO dedektörleri ise 2003'te üretildi. Plana göre bu sadece ilk aşamaydı. Tüm tesisler birkaç yıl boyunca faaliyet gösterdi ve 2010-2011'de planlanan yüksek hassasiyete ulaşmak amacıyla modifikasyonlar için durduruldu. LIGO dedektörleri ilk olarak Eylül 2015'te çalışmaya başladı, VIRGO'nun 2016'nın ikinci yarısında katılması bekleniyor ve bu aşamadan itibaren hassasiyet, yılda en az birkaç olayı kaydetmeyi umut etmemizi sağlıyor.
LIGO çalışmaya başladıktan sonra beklenen patlama oranı ayda yaklaşık bir olaydı. Astrofizikçiler, beklenen ilk olayların kara delik birleşmeleri olacağını önceden tahmin ediyorlardı. Bunun nedeni, kara deliklerin genellikle nötron yıldızlarından on kat daha ağır olması, sinyalin daha güçlü olması ve çok uzak mesafelerden "görünür" olmasıdır; bu da galaksi başına daha düşük olay oranını fazlasıyla telafi eder. Neyse ki uzun süre beklemek zorunda kalmadık. 14 Eylül 2015'te her iki kurulum da GW150914 adında neredeyse aynı sinyali kaydetti.
Oldukça basit bir analizle kara delik kütleleri, sinyal gücü, kaynağa olan uzaklık gibi veriler elde edilebiliyor. Kara deliklerin kütlesi ve boyutu çok basit ve iyi bilinen bir yolla ilişkilidir ve sinyal frekansından enerji salınım bölgesinin boyutu hemen tahmin edilebilir. İÇİNDE bu durumda boyut, kütlesi 60 güneş kütlesinden fazla olan bir kara deliğin, kütlesi 25-30 ve 35-40 güneş kütlesi olan iki delikten oluştuğunu gösteriyordu. Bu verileri bilerek şunları alabilirsiniz: tam enerji sıçrama. Neredeyse üç güneş kütlesi yerçekimi radyasyonuna dönüştürüldü. Bu, 1023 güneş parlaklığının parlaklığına karşılık gelir - yaklaşık olarak bu süre zarfında (saniyenin yüzde biri) Evrenin görünür kısmındaki tüm yıldızların yaydığı ile aynıdır. Ve ölçülen sinyalin bilinen enerjisinden ve büyüklüğünden mesafe elde edilir. Birleşen cisimlerin büyük kütlesi, uzak bir galakside meydana gelen bir olayın kaydedilmesini mümkün kıldı: Sinyalin bize ulaşması yaklaşık 1,3 milyar yıl sürdü.
Daha ayrıntılı bir analiz, kara deliklerin kütle oranını açıklığa kavuşturmayı ve kendi eksenleri etrafında nasıl döndüklerini anlamanın yanı sıra diğer bazı parametreleri belirlemeyi mümkün kılar. Ek olarak, iki kurulumdan gelen sinyal, patlamanın yönünü yaklaşık olarak belirlemeyi mümkün kılar. Maalesef buradaki doğruluk çok yüksek değil ancak güncellenen VIRGO'nun devreye alınmasıyla artacaktır. Ve birkaç yıl içinde Japon KAGRA dedektörü sinyal almaya başlayacak. Daha sonra LIGO dedektörlerinden biri (başlangıçta üç tane vardı, kurulumlardan biri ikili idi) Hindistan'da monte edilecek ve yılda onlarca olayın kaydedilmesi bekleniyor.
Yeni astronomi çağı
Şu anda LIGO'nun en önemli sonucu kütleçekim dalgalarının varlığının doğrulanmasıdır. Buna ek olarak, ilk patlama, gravitonun kütlesi üzerindeki kısıtlamaları iyileştirmeyi (genel görelilikte sıfır kütleye sahiptir) ve ayrıca yerçekiminin yayılma hızı ile yerçekiminin hızı arasındaki farkı daha güçlü bir şekilde sınırlamayı mümkün kıldı. ışık. Ancak bilim adamları, 2016'da LIGO ve VIRGO'yu kullanarak birçok yeni astrofiziksel veri elde edebileceklerini umuyorlar.
Birincisi, yerçekimsel dalga gözlemevlerinden elde edilen veriler kara delikleri incelemek için yeni bir yol sağlıyor. Daha önce yalnızca bu nesnelerin çevresindeki madde akışını gözlemlemek mümkün olsaydı, artık ortaya çıkan kara deliğin birleşme ve "sakinleşme" sürecini, ufkunun nasıl dalgalandığını ve son şeklini aldığını doğrudan "görebilirsiniz" ( rotasyonla belirlenir). Muhtemelen Hawking'in kara deliklerin buharlaşmasının keşfine kadar (şimdilik bu süreç bir hipotez olarak kalıyor), birleşme çalışmaları onlar hakkında daha iyi doğrudan bilgi sağlayacaktır.
İkinci olarak, nötron yıldızı birleşmelerine ilişkin gözlemler pek çok yeni, son derece gerekli bilgiler bu nesneler hakkında. İlk defa, nötron yıldızlarını fizikçilerin parçacıkları incelediği gibi inceleyebileceğiz: onların çarpışmasını izleyerek içeride nasıl çalıştıklarını anlayabileceğiz. Nötron yıldızlarının iç yapısının gizemi hem astrofizikçileri hem de fizikçileri endişelendiriyor. Anlayışımız nükleer fizik ve maddenin ultra yüksek yoğunluktaki davranışı, bu sorun çözülmeden tamamlanmış sayılmaz. Yerçekimi dalgası gözlemlerinin burada önemli bir rol oynaması muhtemeldir.
Kısa kozmolojik gama ışını patlamalarından nötron yıldızı birleşmelerinin sorumlu olduğuna inanılıyor. Nadir durumlarda, hem gama aralığında hem de yerçekimsel dalga dedektörlerinde bir olayı aynı anda gözlemlemek mümkün olacaktır (nadirlik, öncelikle gama sinyalinin çok dar bir ışında yoğunlaşması ve her zaman bize yönlendirilir, ancak ikincisi, çok uzak olaylardan gelen yerçekimi dalgalarını kaydetmeyeceğiz). Görünen o ki, bunu görebilmek için birkaç yıllık gözlem gerekecek (gerçi her zamanki gibi şanslısınız ve bu bugün gerçekleşecek). O zaman, diğer şeylerin yanı sıra, yerçekimi hızını ışık hızıyla çok doğru bir şekilde karşılaştırabileceğiz.
Böylece, lazer interferometreler birlikte tek bir yerçekimsel dalga teleskopu olarak çalışacak ve hem astrofizikçilere hem de fizikçilere yeni bilgiler getirecek. Er ya da geç, ilk patlamaların keşfi ve bunların analizi için hak edilmiş bir Nobel Ödülü verilecek.
2198
Yerçekimi dalgalarının resmi keşif (tespit) günü 11 Şubat 2016'dır. Daha sonra Washington'da düzenlenen bir basın toplantısında LIGO işbirliğinin liderleri, bir araştırmacı ekibinin bu fenomeni insanlık tarihinde ilk kez kaydetmeyi başardığını duyurdu.
Büyük Einstein'ın kehanetleri
Kütleçekim dalgalarının varlığı, Albert Einstein tarafından geçtiğimiz yüzyılın başında (1916) Genel Görelilik Teorisi (GTR) çerçevesinde ortaya atılmıştı. Asgari miktarda gerçek veriyle bu kadar geniş kapsamlı sonuçlara varabilen ünlü fizikçinin parlak yeteneklerine ancak hayret edilebilir. Gelecek yüzyılda doğrulanan diğer birçok tahmin edilen fiziksel olay arasında (zamanın akışının yavaşlaması, yön değiştirme) elektromanyetik radyasyon yerçekimi alanlarında vb.) yakın zamana kadar cisimler arasında bu tür dalga etkileşiminin varlığını pratik olarak tespit etmek mümkün değildi.
Yerçekimi bir yanılsama mıdır?
Genel olarak Görelilik Teorisi ışığında yerçekimine kuvvet denemez. uzay-zaman sürekliliğinin bozuklukları veya eğrilikleri. İyi bir örnek Gerilmiş bir kumaş parçası bu varsayımın bir örneği olarak hizmet edebilir. Böyle bir yüzeye yerleştirilen devasa bir nesnenin ağırlığı altında bir çöküntü oluşur. Bu anormalliğin yakınında hareket eden diğer nesneler sanki "çekiliyormuş" gibi hareketlerinin yörüngesini değiştirecektir. Ve ne daha fazla ağırlık nesne (eğrinin çapı ve derinliği ne kadar büyük olursa), "çekim kuvveti" de o kadar yüksek olur. Kumaş üzerinde hareket ettikçe birbirinden ayrılan "dalgalanmaların" görünümü gözlemlenebilir.
Uzayda da benzer bir şey oluyor. Hızla hareket eden herhangi bir büyük madde, uzay ve zaman yoğunluğundaki dalgalanmaların kaynağıdır. Önemli bir genliğe sahip bir yerçekimi dalgası, aşırı derecede güçlü cisimler tarafından oluşturulur. büyük kitleler veya yüksek hızlanmalarda sürüş yaparken.
Fiziksel özellikler
Uzay-zaman ölçüsündeki dalgalanmalar, kendilerini yerçekimi alanındaki değişiklikler olarak gösterir. Bu olaya uzay-zaman dalgalanmaları da denir. Yerçekimi dalgası karşılaşılan cisimleri ve nesneleri etkiler, onları sıkıştırır ve gerer. Deformasyonun büyüklüğü çok önemsizdir - orijinal boyuttan yaklaşık 10 -21. Bu fenomeni tespit etmenin tüm zorluğu, araştırmacıların bu tür değişiklikleri uygun ekipman kullanarak nasıl ölçeceklerini ve kaydedeceklerini öğrenmeye ihtiyaç duymalarıydı. Yerçekimi radyasyonunun gücü de son derece küçüktür - tüm güneş sistemi için birkaç kilovattır.
Yerçekimi dalgalarının yayılma hızı, iletken ortamın özelliklerine biraz bağlıdır. Salınımların genliği, kaynaktan uzaklaştıkça kademeli olarak azalır, ancak asla sıfıra ulaşmaz. Frekans birkaç on ila yüzlerce hertz arasında değişir. Yıldızlararası ortamdaki kütleçekim dalgalarının hızı ışık hızına yaklaşmaktadır.
Emare
Yerçekimi dalgalarının varlığının ilk teorik doğrulaması, 1974 yılında Amerikalı gökbilimci Joseph Taylor ve asistanı Russell Hulse tarafından elde edildi. Arecibo Gözlemevi radyo teleskopunu (Porto Riko) kullanarak Evrenin genişliğini inceleyen araştırmacılar, ortak bir kütle merkezi etrafında sabit bir açısal hızla (oldukça nadir görülen) dönen nötron yıldızlarından oluşan ikili bir sistem olan pulsar PSR B1913+16'yı keşfettiler. dava). Başlangıçta 3,75 saat olan dolaşım süresi her yıl 70 ms kısalmaktadır. Bu değer, yerçekimsel dalgaların oluşumunda enerji harcanması nedeniyle bu tür sistemlerin dönüş hızındaki artışı öngören genel görelilik denklemlerinden elde edilen sonuçlarla tamamen tutarlıdır. Daha sonra benzer davranışlara sahip birkaç çift pulsar ve beyaz cüce keşfedildi. Radyo gökbilimcileri D. Taylor ve R. Hulse, yerçekimi alanlarının incelenmesine yönelik yeni olasılıkları keşfetmeleri nedeniyle 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Yerçekimi dalgasından kaçış
Yerçekimi dalgalarının tespiti ile ilgili ilk duyuru 1969 yılında Maryland Üniversitesi'nden bilim insanı Joseph Weber'den (ABD) geldi. Bu amaçlar için, kendi tasarımına sahip, birbirinden iki kilometre uzakta olan iki yerçekimi anteni kullandı. Rezonans dedektörü, hassas piezoelektrik sensörlerle donatılmış, iyi titreşim yalıtımlı, iki metrelik sağlam bir alüminyum silindirdi. Weber tarafından kaydedildiği iddia edilen salınımların genliğinin, beklenen değerden bir milyon kat daha fazla olduğu ortaya çıktı. Diğer bilim adamlarının Amerikalı fizikçinin "başarısını" benzer ekipmanlarla tekrarlama girişimleri olumlu sonuçlar vermedi. Birkaç yıl sonra Weber'in bu alandaki çalışması savunulamaz olarak kabul edildi, ancak birçok uzmanı bu araştırma alanına çeken "yerçekimi patlamasının" gelişmesine ivme kazandırdı. Bu arada Joseph Weber, günlerinin sonuna kadar yerçekimi dalgaları aldığından emindi.
Alıcı ekipmanın iyileştirilmesi
70'lerde bilim adamı Bill Fairbank (ABD), SQUIDS - ultra hassas manyetometreler kullanılarak soğutulan bir yerçekimsel dalga anteninin tasarımını geliştirdi. O dönemde mevcut olan teknolojiler, mucidin ürününün “metal”den yapılmış halini görmesine izin vermiyordu.
Ulusal Legnar Laboratuvarı'ndaki (Padua, İtalya) Auriga yerçekimsel dedektörü bu prensip kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarım, 3 metre uzunluğunda ve 0,6 m çapında bir alüminyum-magnezyum silindire dayanmaktadır. 2,3 ton ağırlığındaki alıcı cihaz, yalıtımlı, neredeyse 300 dereceye kadar soğutulmuş bir şekilde asılıdır. mutlak sıfır vakum odası. Şokları kaydetmek ve tespit etmek için yardımcı bir kilogram rezonatörü ve bilgisayar tabanlı bir ölçüm kompleksi kullanılır. Ekipmanın belirtilen hassasiyeti 10 -20'dir.
İnterferometreler
Yerçekimi dalgalarının girişim dedektörlerinin çalışması, Michelson girişimölçerinin çalıştığı aynı prensiplere dayanmaktadır. Kaynaktan yayılan lazer ışını iki akıma bölünür. Cihazın kolları boyunca birçok yansıma ve yolculuktan sonra akışlar yeniden bir araya getirilir ve sonuncuya göre herhangi bir karışıklığın (örneğin bir yer çekimi dalgasının) ışınların seyrini etkileyip etkilemediğine karar verilir. Birçok ülkede benzer ekipmanlar oluşturulmuştur:
- GEO 600 (Hannover, Almanya). Vakum tünellerinin uzunluğu 600 metredir.
- TAMA (Japonya) 300 m omuzlarla.
- VIRGO (Pisa, İtalya), 2007 yılında başlatılan, üç kilometrelik tünellerden oluşan bir Fransız-İtalyan ortak projesidir.
- LIGO (ABD, Pasifik Kıyısı), 2002'den beri yerçekimi dalgalarını arıyor.
İkincisi daha ayrıntılı olarak ele alınmaya değer.
LIGO Gelişmiş
Proje, Massachusetts ve California Teknoloji Enstitülerinden bilim adamlarının inisiyatifiyle oluşturuldu. İçinde 3 bin km ile ayrılmış iki gözlemevi ve Washington'da (Livingston ve Hanford şehirleri) üç özdeş interferometre bulunur. Dikey vakum tünellerinin uzunluğu 4 bin metredir. Bunlar şu anda faaliyette olan bu türden en büyük yapılardır. 2011 yılına kadar yerçekimi dalgalarını tespit etmeye yönelik çok sayıda girişim herhangi bir sonuç getirmedi. Gerçekleştirilen önemli modernizasyon (Gelişmiş LIGO), ekipmanın hassasiyetini 300-500 Hz aralığında beş kattan fazla ve düşük frekans bölgesinde (60 Hz'e kadar) neredeyse bir büyüklük sırasına göre artırarak, imrenilen değer 10 -21. Güncellenen proje Eylül 2015'te başlamış ve bini aşkın işbirliği çalışanının çabaları, elde edilen sonuçlarla ödüllendirilmiştir.
Yerçekimi dalgaları tespit edildi
14 Eylül 2015'te, gelişmiş LIGO dedektörleri, 7 ms aralıklarla, gözlemlenebilir Evrenin eteklerinde meydana gelen en büyük olaydan - 29 ve 36 kat kütleli iki büyük kara deliğin birleşmesi - gezegenimize ulaşan yerçekimi dalgalarını kaydetti. Güneş'in kütlesinden daha büyük. 1,3 milyar yıldan daha uzun bir süre önce gerçekleşen süreç sırasında, kütleçekim dalgaları yayarak saniyenin çok küçük bir bölümünde yaklaşık üç güneş kütlesindeki madde tüketildi. Yerçekimi dalgalarının kaydedilen başlangıç frekansı 35 Hz idi ve maksimum tepe değeri 250 Hz'e ulaştı.
Elde edilen sonuçlar defalarca kapsamlı doğrulama ve işleme tabi tutuldu ve elde edilen verilere ilişkin alternatif yorumlar dikkatle elendi. Nihayet geçen yıl Einstein'ın öngördüğü olgunun doğrudan tescili dünya kamuoyuna duyuruldu.
Araştırmacıların muazzam çalışmasını gösteren bir gerçek: interferometre kollarının boyutundaki dalgalanmaların genliği 10-19 m idi - bu değer, atomun çapından aynı sayıda kat daha küçüktür, çünkü atomun kendisi bir atomdan daha küçüktür. turuncu.
Gelecek beklentileri
Keşif, Genel Görelilik Teorisinin yalnızca bir dizi soyut formül olmadığını, aynı zamanda genel olarak kütleçekim dalgalarının ve yerçekiminin özüne temelde yeni bir bakış olduğunu bir kez daha doğruladı.
Daha sonraki araştırmalarda bilim insanları büyük umutlar ELSA projesine atandılar: Yerçekimi alanlarındaki en küçük bozuklukları bile tespit edebilen, yaklaşık 5 milyon km'lik kollara sahip dev bir yörünge interferometresinin oluşturulması. Çalışmanın bu yönde etkinleştirilmesi, Evrenin gelişiminin ana aşamaları, geleneksel aralıklarda gözlemlenmesi zor veya imkansız süreçler hakkında birçok yeni şey anlatabilir. Gelecekte kütleçekim dalgaları tespit edilecek olan kara deliklerin, doğaları hakkında çok şey anlatacağına şüphe yok.
Dünyamızın ilk anlarını anlatabilen kalıntı yerçekimi radyasyonunu incelemek Büyük patlama, daha hassas uzay araçlarına ihtiyaç duyulacak. Böyle bir proje var ( Büyük Patlama Gözlemcisi), ancak uzmanlara göre uygulanması 30-40 yıldan daha erken mümkün değil.
Elinizi sallayın ve yerçekimi dalgaları Evrenin her yerine yayılacaktır.
S. Popov, M. Prokhorov. Evrenin Hayalet Dalgaları
Astrofizikte onlarca yıldır beklenen bir olay gerçekleşti. Yarım asırlık bir araştırmanın ardından, Einstein'ın yüz yıl önce öngördüğü kütleçekim dalgaları, yani uzay-zamanın titreşimleri nihayet keşfedildi. 14 Eylül 2015'te, iyileştirilmiş LIGO gözlemevi, yaklaşık 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıktaki uzak bir galakside 29 ve 36 güneş kütlesine sahip iki kara deliğin birleşmesiyle oluşan bir yerçekimsel dalga patlamasını tespit etti. Yerçekimi dalgası astronomisi, fiziğin tam teşekküllü bir dalı haline geldi; bize açıldı yeni yol Evreni gözlemlemek ve güçlü yerçekiminin daha önce erişilemeyen etkilerini incelememize olanak tanıyacak.
Yerçekimi dalgaları
Farklı yerçekimi teorileri üretebilirsiniz. Kendimizi onun tek bir tezahürüyle sınırladığımız sürece hepsi dünyamızı eşit derecede iyi tanımlayacaktır: Newton yasası evrensel yerçekimi. Ancak ölçekler üzerinde deneysel olarak test edilmiş, daha incelikli başka yerçekimi etkileri de vardır. güneş sistemi ve belirli bir teoriye işaret ediyorlar: Genel görelilik teorisine (GR).
Genel görelilik yalnızca bir formüller dizisi değil, yerçekiminin özüne ilişkin temel bir görüştür. Sıradan fizikte uzay yalnızca bir arka plan, fiziksel fenomenler için bir kap görevi görüyorsa, o zaman GTR'de kendisi bir fenomen haline gelir, GTR yasalarına göre değişen dinamik bir miktar haline gelir. Yerçekimi olarak hissedilen şey, pürüzsüz bir arka plana göre uzay-zamanın bu çarpıklıklarıdır - veya geometri dilinde uzay-zaman ölçüsünün çarpıklıklarıdır. Kısacası genel görelilik, kütle çekiminin geometrik kökenini ortaya koymaktadır.
Genel Göreliliğin çok önemli bir öngörüsü var: Yerçekimi dalgaları. Bunlar, "kaynaktan kopabilen" ve kendi kendini sürdürebilen, uçup gidebilen uzay-zaman çarpıklıklarıdır. Bu yerçekiminin kendisidir, kimsenin değildir, kendine aittir. Albert Einstein nihayet 1915'te genel göreliliği formüle etti ve türettiği denklemlerin bu tür dalgaların varlığına izin verdiğini hemen fark etti.
Her dürüst teoride olduğu gibi, genel göreliliğin bu kadar net bir öngörüsü deneysel olarak doğrulanmalıdır. Hareket eden herhangi bir cisim yerçekimi dalgaları yayabilir: gezegenler, yukarı doğru atılan bir taş veya bir el dalgası. Ancak sorun şu ki yerçekimi etkileşimi o kadar zayıf ki hayır deneysel tesisler sıradan "yayıcılardan" yerçekimi dalgalarının emisyonunu fark edemiyorlar.
Güçlü bir dalgayı "kovalamak" için uzay-zamanı büyük ölçüde bozmanız gerekir. İdeal seçenek- yaklaşık olarak birbirlerine yakın bir mesafede, birbirlerinin etrafında yakın bir dansla dönen iki kara delik yerçekimi yarıçapı(Şekil 2). Metriğin çarpıklıkları o kadar güçlü olacak ki, bu çiftin enerjisinin gözle görülür bir kısmı yerçekimi dalgalarına yayılacak. Enerji kaybederek çift birbirine yaklaşacak, gittikçe daha hızlı dönecek, metriği giderek daha fazla bozacak ve daha da güçlü yerçekimsel dalgalar üretecek - ta ki sonunda bu çiftin tüm yerçekimsel alanının radikal bir yeniden yapılanması gerçekleşene ve iki kara delik birleşene kadar. bir.
Kara deliklerin böyle bir birleşmesi muazzam bir güç patlamasıdır, ancak yayılan tüm bu enerji ışığa, parçacıklara değil, uzayın titreşimlerine gider. Yayılan enerji, enerjinin gözle görülür bir parçası olacaktır. başlangıç kütlesi kara delikler ve bu radyasyon bir saniye içinde dışarı sıçrayacak. Nötron yıldızlarının birleşmeleri de benzer salınımlar oluşturacaktır. Biraz daha zayıf bir kütleçekim dalgası enerji salınımı, bir süpernova çekirdeğinin çökmesi gibi diğer süreçlere de eşlik eder.
İki kompakt nesnenin birleşmesinden kaynaklanan yerçekimsel dalga patlaması, Şekil 2'de gösterildiği gibi çok spesifik, iyi hesaplanmış bir profile sahiptir. 3. Salınım periyodu ayarlanır yörünge hareketi iki nesne birbirinin etrafındadır. Yerçekimi dalgaları enerjiyi taşır; Sonuç olarak nesneler birbirine yaklaşır ve daha hızlı döner - ve bu hem salınımların hızlanmasında hem de genliğin artmasında görülebilir. Bir noktada, bir birleşme meydana gelir, son güçlü dalga yayılır ve bunu yüksek frekanslı bir “sonraki halka” takip eder ( zil sesi) - küresel olmayan tüm çarpıklıkları "atlayan" ortaya çıkan kara deliğin titremesi (bu aşama resimde gösterilmemiştir). Bu karakteristik profili bilmek, fizikçilerin böyle bir birleşmeden gelen zayıf sinyali oldukça gürültülü dedektör verilerinde aramasına yardımcı olur.
Uzay-zaman ölçüsündeki dalgalanmalar (muhteşem bir patlamanın yerçekimsel dalga yankısı) kaynaktan itibaren Evren boyunca her yöne dağılacak. Bir nokta kaynağın parlaklığının ondan uzaklaştıkça azalmasına benzer şekilde, genlikleri mesafeyle birlikte zayıflar. Uzak bir galaksiden gelen bir patlama Dünya'ya ulaştığında, metrik dalgalanmalar 10 −22 düzeyinde veya daha az olacaktır. Yani fiziksel olarak birbiriyle alakası olmayan nesneler arasındaki mesafe periyodik olarak bu kadar göreceli olarak artacak ve azalacaktır.
Bu sayının büyüklük sırasını ölçek değerlendirmelerinden elde etmek kolaydır (bkz. V. M. Lipunov'un makalesi). Nötron yıldızlarının veya yıldız kütlelerinin kara deliklerinin birleşmesi anında, hemen yanındaki metriğin çarpıklıkları çok büyüktür - 0,1 düzeyinde, bu yüzden yerçekimi güçlüdür. Böylesine ciddi bir bozulma, bu nesnelerin büyüklüğü düzeyinde, yani birkaç kilometrelik bir alanı etkiler. Kaynaktan uzaklaştıkça salınımın genliği mesafeyle ters orantılı olarak azalır. Bu, 100 Mpc = 3·10·21 km uzaklıkta salınımların genliğinin 21 büyüklük düzeyinde düşeceği ve yaklaşık 10−22 olacağı anlamına gelir.
Elbette birleşme bizim galaksimizde gerçekleşirse, Dünya'ya ulaşan uzay-zaman sarsıntıları çok daha güçlü olacaktır. Ancak bu tür olaylar birkaç bin yılda bir meydana gelir. Bu nedenle, yalnızca onlarca ila yüzlerce megaparsek mesafedeki nötron yıldızlarının veya kara deliklerin birleşmesini algılayabilecek bir dedektöre güvenmelisiniz; bu, binlerce ve milyonlarca galaksiyi kapsayacağı anlamına gelir.
Burada, yerçekimi dalgalarının varlığının dolaylı bir göstergesinin zaten keşfedildiğini ve hatta 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüğünü de eklemek gerekir. İkili sistem PSR B1913+16'daki pulsarın uzun vadeli gözlemleri, yörünge periyodunun, yerçekimi radyasyonundan kaynaklanan enerji kayıpları hesaba katılarak, genel görelilik tarafından tahmin edilenle tam olarak aynı oranda azaldığını göstermiştir. Bu nedenle bilim adamlarının neredeyse hiçbiri kütleçekim dalgalarının gerçekliğinden şüphe duymamaktadır; tek soru onları nasıl yakalayacağımızdır.
Arama geçmişi
Yerçekimi dalgalarının araştırılması yaklaşık yarım yüzyıl önce başladı ve neredeyse anında bir sansasyona dönüştü. Maryland Üniversitesi'nden Joseph Weber ilk rezonans dedektörünü tasarladı: yanlarında hassas piezoelektrik sensörler bulunan ve yabancı titreşimlere karşı iyi titreşim yalıtımına sahip iki metrelik sağlam bir alüminyum silindir (Şekil 4). Bir yerçekimsel dalga geçtiğinde silindir, uzay-zamanın çarpıklıklarıyla rezonansa girer ve sensörlerin bunu kaydetmesi gerekir. Weber bu türden birkaç dedektör üretti ve 1969'da, oturumlardan birinde bunların okumalarını analiz ettikten sonra, "yerçekimi dalgalarının sesini" iki kilometre arayla birkaç dedektörde aynı anda kaydettiğini doğrudan bildirdi (J. Weber, 1969). Yerçekimi Radyasyonunun Keşfine İlişkin Kanıt). Açıkladığı salınımların genliğinin inanılmaz derecede büyük olduğu, 10-16 mertebesinde, yani tipik beklenen değerden bir milyon kat daha büyük olduğu ortaya çıktı. Weber'in mesajı bilim camiası tarafından büyük bir şüpheyle karşılandı; Dahası, benzer dedektörlerle donatılmış diğer deney grupları daha sonra tek bir benzer sinyali yakalayamadı.
Ancak Weber'in çabaları tüm bu araştırma alanına ivme kazandırdı ve dalga avını başlattı. 1970'lerden itibaren Vladimir Braginsky ve Moskova Devlet Üniversitesi'nden meslektaşlarının çabalarıyla SSCB de bu yarışa girmiştir (bkz. yerçekimsel dalga sinyallerinin yokluğu). Yazıda o dönemlere dair ilginç bir hikaye var Bir kız çukura düşerse... . Bu arada Braginsky, kuantum optik ölçümlerin tüm teorisinin klasiklerinden biridir; Optik ölçümlerde önemli bir sınırlama olan standart kuantum ölçüm limiti kavramını ortaya atan ilk kişi oydu ve prensipte bunların nasıl aşılabileceğini gösterdi. Weber'in rezonans devresi iyileştirildi ve kurulumun derinlemesine soğutulması sayesinde gürültü önemli ölçüde azaldı (bu projelerin listesine ve geçmişine bakın). Bununla birlikte, bu tür tamamen metal dedektörlerin hassasiyeti, beklenen olayları güvenilir bir şekilde tespit etmek için hala yetersizdi ve ayrıca kilohertz civarında yalnızca çok dar bir frekans aralığında rezonansa girecek şekilde ayarlanmışlardı.
Birden fazla rezonans yapan nesne kullanan, ancak iki ayna gibi ilgisiz, bağımsız olarak asılı iki cisim arasındaki mesafeyi izleyen dedektörler çok daha umut verici görünüyordu. Yerçekimi dalgasının neden olduğu uzay titreşimi nedeniyle aynalar arasındaki mesafe ya biraz daha büyük ya da biraz daha küçük olacaktır. Ayrıca, kolun uzunluğu ne kadar büyük olursa, belirli bir genliğe sahip bir yerçekimi dalgasının neden olacağı mutlak yer değiştirme de o kadar büyük olacaktır. Bu titreşimler aynaların arasından geçen bir lazer ışını tarafından hissedilebilir. Böyle bir şema, 10 hertz'den 10 kilohertz'e kadar geniş bir frekans aralığındaki salınımları tespit etme kapasitesine sahiptir ve bu tam olarak birleşen nötron yıldızı çiftlerinin veya yıldız kütleli kara deliklerin yayılacağı aralıktır.
Michelson interferometresine dayanan bu fikrin modern uygulaması şuna benzer (Şekil 5). Aynalar, birbirine dik iki uzun, birkaç kilometre uzunluğundaki vakum odalarında asılıdır. Tesisin girişinde lazer ışını bölünüyor, her iki odadan geçiyor, aynalardan yansıyor, geri dönüyor ve yarı saydam bir aynada yeniden birleşiyor. Optik sistemin kalite faktörü son derece yüksektir, dolayısıyla lazer ışını yalnızca bir kez ileri geri geçmekle kalmaz, bu optik rezonatörde uzun süre kalır. "Sessiz" durumda uzunluklar, iki ışın yeniden birleştikten sonra sensör yönünde birbirini iptal edecek ve ardından fotodetektör tamamen gölgede kalacak şekilde seçilir. Ancak aynalar yerçekimi dalgalarının etkisi altında mikroskobik bir mesafe hareket ettiğinde, iki ışının telafisi eksik kalır ve fotodetektör ışığı yakalar. Ofset ne kadar güçlü olursa fotosensörün göreceği ışık da o kadar parlak olur.
"Mikroskobik yer değiştirme" kelimeleri etkinin inceliğini anlatmaya bile yaklaşmıyor. Aynaların ışığın dalga boyuna yani mikronlara göre yer değiştirmesi, herhangi bir hile yapılmadan bile kolayca fark edilebilir. Ancak 4 km'lik kol uzunluğuyla bu, uzay-zamanın 10−10 genlikli salınımlarına karşılık gelir. Aynaların atom çapına göre yer değiştirmesini fark etmek de sorun değil; binlerce kez ileri geri hareket edecek ve istenen faz kaymasını elde edecek bir lazer ışınını ateşlemek yeterlidir. Ama bu bile en fazla 10 −14 verir. Ve yer değiştirme ölçeğinde milyonlarca kez daha aşağıya inmemiz gerekiyor, yani ayna kaymasını bir atom kadar değil, atom çekirdeğinin binde biri kadar kaydetmeyi öğrenmemiz gerekiyor!
Gerçekten şaşırtıcı olan bu teknolojiye giden yolda fizikçiler birçok zorluğun üstesinden gelmek zorunda kaldı. Bazıları tamamen mekaniktir: yabancı titreşimden mümkün olduğunca kurtulmak için, başka bir süspansiyona asılan bir süspansiyona, üçüncü bir süspansiyona vb. Büyük aynalar asmanız gerekir. Diğer sorunlar da araçsal ama optiktir. Örneğin, optik sistemde dolaşan ışın ne kadar güçlü olursa, aynaların yer değiştirmesi de o kadar zayıf bir şekilde fotosensör tarafından algılanabilir. Ancak çok güçlü bir ışın, optik elemanları eşit olmayan bir şekilde ısıtacak ve bu da ışının özellikleri üzerinde zararlı bir etkiye sahip olacaktır. Bu etkinin bir şekilde telafi edilmesi gerekiyor ve bunun için 2000'li yıllarda bu konuyla ilgili koskoca bir araştırma programı başlatıldı (bu araştırmayla ilgili bir haber için, Yüksek hassasiyetli bir kütleçekimsel dalga dedektörüne giden yolda Engellerin Aşılması haberine bakın, "Elementler" ”, 27.06.2006 ). Son olarak, bir boşluktaki fotonların kuantum davranışına ve belirsizlik ilkesine ilişkin tamamen temel fiziksel sınırlamalar vardır. Sensörün hassasiyetini standart kuantum limiti adı verilen bir değerle sınırlandırırlar. Ancak fizikçiler, lazer ışığının akıllıca hazırlanmış kuantum durumunu kullanarak bunun üstesinden gelmeyi zaten öğrendiler (J. Aasi ve diğerleri, 2013. Işığın sıkıştırılmış durumlarını kullanarak LIGO yerçekimsel dalga dedektörünün artan hassasiyeti).
Yerçekimi dalgaları yarışına katılıyor tüm listeülkeler; Rusya'nın Baksan Gözlemevi'nde kendi kurulumu var ve bu arada, Dmitry Zavilgelsky'nin popüler bilim belgeselinde anlatılıyor. "Dalgaları ve Parçacıkları Beklerken". Bu yarışın liderleri artık iki laboratuvardan oluşuyor: Amerikan LIGO projesi ve İtalyan Başak dedektörü. LIGO, Hanford (Washington Eyaleti) ve Livingston'da (Louisiana) bulunan ve birbirinden 3000 km uzakta bulunan iki özdeş dedektör içerir. İki ayarın olması iki nedenden dolayı önemlidir. İlk olarak, sinyal yalnızca her iki dedektör tarafından aynı anda görüldüğünde kayıtlı sayılacaktır. İkincisi, iki kurulumda bir yerçekimsel dalga patlamasının gelişindeki farka bakılarak (10 milisaniyeye ulaşabilir) bu sinyalin gökyüzünün hangi kısmından geldiği yaklaşık olarak belirlenebilir. Doğru, iki dedektörle hata çok büyük olacak, ancak Başak devreye girdiğinde doğruluk gözle görülür şekilde artacaktır.
Açıkçası, yerçekimi dalgalarının interferometrik tespiti fikri ilk kez önerildi Sovyet fizikçileri M.E. Herzenstein ve V.I. O zamanlar lazer yeni icat edilmişti ve Weber rezonans dedektörlerini yaratmaya başladı. Ancak bu makale Batı'da fark edilmedi ve doğruyu söylemek gerekirse gelişmeyi etkilemedi. gerçek projeler(santimetre. tarihsel bakış Yerçekimi dalgası algılama fiziği: rezonans ve interferometrik dedektörler).
LIGO yerçekimsel gözlemevinin oluşturulması, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden (Caltech) üç bilim insanının girişimiydi. Bunlar, interferometrik yerçekimsel dalga dedektörü fikrini gerçekleştiren Rainer Weiss, lazer ışığının tespit için yeterli stabilitesini elde eden Ronald Drever ve projenin arkasındaki teorisyen olan ve artık kamuoyu tarafından iyi bilinen Kip Thorne'dur. bilimsel danışman filmi "Interstellar" olarak. LIGO'nun erken dönem tarihini Rainer Weiss ile yakın zamanda yapılan bir röportajda ve John Preskill'in anılarında okuyabilirsiniz.
Yerçekimi dalgalarının interferometrik tespiti projesiyle ilgili faaliyetler 1970'lerin sonlarında başladı ve ilk başta birçok kişi bu girişimin uygulanabilirliğinden şüphe ediyordu. Ancak bir dizi prototipin gösterilmesinin ardından mevcut LIGO tasarımı yazıldı ve onaylandı. 20. yüzyılın son on yılı boyunca inşa edilmiştir.
Projenin ilk itici gücü Amerika Birleşik Devletleri'nden gelse de, LIGO gerçekten uluslararası proje. 15 ülke finansal ve entelektüel açıdan yatırım yaptı ve binin üzerinde kişi işbirliğinin üyesi. Projenin uygulanmasında önemli bir rol Sovyet tarafından oynandı ve Rus fizikçiler. En başından beri, Moskova Devlet Üniversitesi'nden daha önce bahsedilen Vladimir Braginsky grubu, LIGO projesinin uygulanmasında aktif rol aldı ve daha sonra Nizhny Novgorod Uygulamalı Fizik Enstitüsü de işbirliğine katıldı.
LIGO gözlemevi 2002 yılında faaliyete geçti ve 2010 yılına kadar altı bilimsel gözlem oturumuna ev sahipliği yaptı. Hiçbir yerçekimsel dalga patlaması güvenilir bir şekilde tespit edilemedi ve fizikçiler bu tür olayların sıklığına yalnızca üst sınırlar koyabildiler. Ancak bu onları pek şaşırtmadı: Tahminler, evrenin o zamanlar dedektörün "dinlediği" bölümünde, yeterince güçlü bir felaket olasılığının düşük olduğunu gösterdi: yaklaşık olarak her birkaç on yılda bir.
Bitiş çizgisi
2010'dan 2015'e kadar LIGO ve Başak işbirlikleri ekipmanı radikal bir şekilde modernize etti (ancak Başak hâlâ hazırlık aşamasındadır). Ve artık uzun zamandır beklenen hedef doğrudan görüş alanındaydı. LIGO - veya daha doğrusu aLIGO ( Gelişmiş LIGO) - artık 60 megaparsek mesafedeki nötron yıldızlarının ve yüzlerce megaparsek mesafedeki kara deliklerin oluşturduğu patlamaları yakalamaya hazırdı. Yerçekimi dalgalarını dinlemeye açık olan Evrenin hacmi, önceki oturumlara kıyasla on kat arttı.
Bir sonraki kütleçekim dalgası patlamasının ne zaman ve nerede gerçekleşeceğini tahmin etmek elbette mümkün değil. Ancak güncellenen dedektörlerin hassasiyeti, yılda birkaç nötron yıldızı birleşmesine güvenilmesini mümkün kıldı, dolayısıyla ilk patlama, ilk dört aylık gözlem oturumu sırasında zaten beklenebilirdi. Birkaç yıl süren aLIGO projesinin tamamı hakkında konuşursak, karar son derece açıktı: ya patlamalar birbiri ardına düşecek ya da genel görelilikteki bir şey temelde işe yaramıyor. Her ikisi de büyük keşifler olacak.
18 Eylül 2015'ten 12 Ocak 2016'ya kadar ilk aLIGO gözlem oturumu gerçekleşti. Tüm bu süre boyunca internette yerçekimi dalgalarının kaydedildiğine dair söylentiler dolaşıyordu, ancak işbirliği sessiz kaldı: "Verileri topluyor ve analiz ediyoruz ve sonuçları raporlamaya henüz hazır değiliz." Analiz süreci sırasında işbirliğinin üyelerinin gerçek bir yerçekimsel dalga patlaması gördüklerinden tam olarak emin olamamaları da ek bir ilgi uyandırdı. Gerçek şu ki, LIGO'da bilgisayar tarafından üretilen bir patlama zaman zaman gerçek veri akışına yapay olarak dahil ediliyor. Buna "kör enjeksiyon" adı veriliyor ve tüm gruptan yalnızca üç kişi (!), bunu rastgele bir zamanda gerçekleştiren sisteme erişebiliyor. Ekip bu artışı takip etmeli, sorumlu bir şekilde analiz etmeli ve en fazla son aşamalar Analiz "kartlar ortaya çıkıyor" ve işbirliğinin üyeleri bunun gerçek bir olay mı yoksa bir dikkat testi mi olduğunu öğrenecekler. Bu arada, 2010 yılında böyle bir vakada, konu bir makale yazma noktasına bile geldi, ancak daha sonra keşfedilen sinyalin sadece bir "kör doldurma" olduğu ortaya çıktı.
Lirik ara söz
Anın ciddiyetini bir kez daha hissetmek için bu hikayeye diğer taraftan, bilimin içinden bakmayı öneriyorum. Zor olduğunda, ulaşılmaz olduğunda bilimsel problem birkaç yıldır pes etmiyor - bu normal bir çalışma anıdır. Birden fazla nesil boyunca ürün vermediğinde tamamen farklı algılanır.
Bir okul çocuğu olarak popüler bilim kitaplarını okursunuz ve bu çözülmesi zor ama son derece ilginç bilimsel bilmeceyi öğrenirsiniz. Öğrenci olarak fizik okuyorsunuz, raporlar veriyorsunuz ve bazen uygun olsun ya da olmasın çevrenizdeki insanlar size onun varlığını hatırlatıyor. O zaman kendiniz bilim yaparsınız, fiziğin başka bir alanında çalışırsınız, ancak bunu çözmeye yönelik başarısız girişimleri düzenli olarak duyarsınız. Elbette bir yerlerde bir şeyler döndüğünü anlıyorsun aktif çalışma kararına göre, ancak dışarıdan biri olarak sizin için nihai sonuç değişmeden kalır. Sorun, bilimsel yaşamınız ölçeğinde statik bir arka plan, bir dekorasyon, fiziğin ebedi ve neredeyse hiç değişmeyen bir unsuru olarak algılanıyor. Her zaman olan ve olacak bir görev gibi.
Ve sonra çözüyorlar. Ve aniden, birkaç günlük ölçekte, dünyanın fiziksel resminin değiştiğini ve artık bunun başka terimlerle formüle edilmesi ve başka sorular sorulması gerektiğini hissediyorsunuz.
Yerçekimi dalgalarını doğrudan araştırmak için çalışan insanlar için bu görev elbette değişmeden kalmadı. Hedefi görüyorlar, neyin başarılması gerektiğini biliyorlar. Elbette doğanın da onlarla yarı yolda buluşacağını ve yakındaki bazı galaksilere güçlü bir sıçrama yapacağını umuyorlar, ancak aynı zamanda doğa bu kadar destekleyici olmasa bile artık bilim adamlarından saklanamayacağını da anlıyorlar. . Tek soru, teknik hedeflerine tam olarak ne zaman ulaşabilecekleridir. Onlarca yıldır yerçekimsel dalgaları arayan bir kişinin bu duyguya ilişkin öyküsünü, daha önce bahsedilen filmde duyabilirsiniz. "Dalgaları ve Parçacıkları Beklerken".
Açılış
Şek. 7 gösterildi ana sonuç: her iki dedektör tarafından kaydedilen sinyalin profili. Gürültünün arka planında salınımın önce zayıf göründüğü, ardından genlik ve frekansın arttığı görülebilir. istenilen şekil. Sayısal simülasyonların sonuçlarıyla karşılaştırma, hangi nesnelerin birleştiğini gözlemlediğimizi bulmayı mümkün kıldı: bunlar yaklaşık 36 ve 29 güneş kütlesi kütleli kara deliklerdi ve 62 güneş kütlesi kütleli bir kara deliğe birleştiler (yanlışlık: tüm bu sayılar yüzde 90'a tekabül ediyor güven aralığı, 4 güneş kütlesidir). Yazarlar, bu arada ortaya çıkan kara deliğin şimdiye kadar gözlemlenen en ağır yıldız kütleli kara delik olduğunu belirtiyorlar. İlk iki nesnenin toplam kütlesi ile son kara deliğin toplam kütlesi arasındaki fark 3 ± 0,5 güneş kütlesidir. Bu yerçekimsel kütle kusuru, yaklaşık 20 milisaniye içinde tamamen yayılan yerçekimi dalgalarının enerjisine dönüştü. Hesaplamalar, en yüksek yerçekimsel dalga gücünün 3,6·10 56 erg/s'ye, yani kütle açısından saniyede yaklaşık 200 güneş kütlesine ulaştığını gösterdi.
Tespit edilen sinyalin istatistiksel önemi 5,1σ'dur. Yani bu istatistiksel dalgalanmaların birbiriyle örtüştüğünü ve tamamen tesadüfen böyle bir patlama yarattığını varsayarsak, böyle bir olayın gerçekleşmesi için 200 bin yıl beklemek gerekir. Bu, tespit edilen sinyalin bir dalgalanma olmadığını güvenle ifade etmemizi sağlar.
İki dedektör arasındaki zaman gecikmesi yaklaşık 7 milisaniye idi. Bu, sinyalin varış yönünü tahmin etmeyi mümkün kıldı (Şekil 9). Yalnızca iki dedektör olduğundan, yerelleştirmenin oldukça yaklaşık olduğu ortaya çıktı: gök küresinin parametreler açısından uygun bölgesi 600 derece karedir.
LIGO işbirliği kendisini sadece yerçekimsel dalgaların kaydedildiği gerçeğini belirtmekle sınırlamadı, aynı zamanda bu gözlemin astrofizik açısından doğurduğu sonuçların ilk analizini de gerçekleştirdi. Aynı gün dergide yayınlanan GW150914 ikili kara delik birleşmesinin astrofiziksel çıkarımları makalesinde Astrofizik Günlük Mektupları, yazarlar bu tür kara delik birleşmelerinin meydana gelme sıklığını tahmin ettiler. Sonuç, yılda gigaparsek küp başına en az bir birleşme oldu; bu da bu konuda en iyimser modellerin tahminleriyle tutarlı.
Yerçekimi dalgaları size ne söylüyor?
Onlarca yıl süren araştırmaların ardından yeni bir olgunun keşfi, fiziğin yeni bir dalının sonu değil, yalnızca başlangıcıdır. Elbette iki siyahın birleşmesinden kaynaklanan yer çekimi dalgalarının kaydı başlı başına önemlidir. Bu doğrudan kanıt ve kara deliklerin varlığı, çift kara deliklerin varlığı, yerçekimi dalgalarının gerçekliği ve genel olarak konuşursak, genel göreliliğin dayandığı yerçekimine geometrik yaklaşımın doğruluğunun kanıtı. Ancak fizikçiler için, kütleçekim dalgası astronomisinin daha önce erişilemeyen şeyleri incelemeyi mümkün kılan yeni bir araştırma aracı haline gelmesi de daha az değerli değil.
Birincisi, Evreni görmenin ve kozmik felaketleri araştırmanın yeni bir yoludur. Yerçekimi dalgaları için hiçbir engel yoktur; evrendeki her şeyden sorunsuzca geçerler. Kendi kendilerine yetebilirler: Profilleri onları doğuran süreç hakkında bilgi taşır. Son olarak, büyük bir patlama optik, nötrino ve kütleçekimsel bir patlamaya neden olursa, o zaman bunların hepsini yakalamaya çalışabilir, birbirleriyle karşılaştırabilir ve orada olup bitenlerin daha önce erişilemeyen ayrıntılarını anlayabiliriz. Tek bir olaydan gelen bu kadar farklı sinyalleri yakalayıp karşılaştırabilmek, tüm sinyal astronomisinin temel amacıdır.
Yerçekimi dalgası dedektörleri daha da hassas hale geldiğinde, uzay-zamanın sarsıntısını birleşme anında değil, birleşmeden birkaç saniye önce tespit edebilecek. Uyarı sinyallerini genel gözlem istasyonları ağına otomatik olarak gönderecekler ve önerilen birleşmenin koordinatlarını hesaplayan astrofizik teleskop uyduları bu saniyeler içinde dönme zamanına sahip olacaklar. doğru yönde ve optik patlama başlamadan önce gökyüzünü çekmeye başlayın.
İkincisi, kütleçekimsel dalga patlaması nötron yıldızları hakkında yeni şeyler öğrenmemize olanak tanıyacak. Nötron yıldızı birleşmesi aslında doğanın bizim için nötron yıldızları üzerinde yapabileceği en son ve en ekstrem deneydir ve biz seyirci olarak sadece sonuçları gözlemlemekle yetineceğiz. Böyle bir birleşmenin gözlemsel sonuçları değişebilir (Şekil 10) ve bunların istatistiklerini toplayarak nötron yıldızlarının bu tür egzotik ortamlardaki davranışlarını daha iyi anlayabiliriz. Gözden geçirmek mevcut durum Bu yöndeki vakalar S. Rosswog'un 2015 tarihli son yayınında bulunabilir. Kompakt ikili birleşmelerin çoklu haberci resmi.
Üçüncüsü, bir süpernovadan gelen patlamanın kaydedilmesi ve optik gözlemlerle karşılaştırılması, nihayet çöküşün en başında orada olup bitenlerin ayrıntılı olarak anlaşılmasını mümkün kılacaktır. Artık fizikçiler bu sürecin sayısal modellenmesinde hâlâ zorluk yaşıyor.
Dördüncüsü, yerçekimi teorisiyle ilgilenen fizikçilerin güçlü yerçekiminin etkilerini incelemek için imrenilen bir "laboratuvarı" var. Şu ana kadar genel göreliliğin doğrudan gözlemleyebildiğimiz tüm etkileri kütleçekim ile ilgiliydi. zayıf alanlar. Güçlü yerçekimi koşullarında, uzay-zamanın çarpıklıkları kendileriyle güçlü bir şekilde etkileşime girmeye başladığında, yalnızca dolaylı tezahürlerden, kozmik felaketlerin optik yankısı yoluyla ne olacağını tahmin edebiliriz.
Beşincisi, egzotik yerçekimi teorilerini test etmek için yeni bir fırsat var. Modern fizikte zaten bu tür pek çok teori var, örneğin A. N. Petrov'un popüler kitabı “Yerçekimi”nden onlara ayrılan bölüme bakın. Bu teorilerden bazıları, zayıf alanların sınırı açısından geleneksel genel göreliliğe benzemektedir, ancak kütleçekimi çok güçlü hale geldiğinde çok farklı olabilirler. Diğerleri ise yerçekimsel dalgalar için yeni bir tür kutuplaşmanın varlığını kabul ediyor ve ışık hızından biraz farklı bir hız öngörüyor. Son olarak, ek mekansal boyutları içeren teoriler vardır. Kütleçekim dalgalarına dayanarak onlar hakkında ne söylenebileceği ucu açık bir sorudur ancak buradan bazı bilgilerden yararlanılabileceği açıktır. Ayrıca Postnauka'daki bir seçkide yerçekimsel dalgaların keşfiyle nelerin değişeceğine dair astrofizikçilerin görüşlerini de okumanızı öneririz.
Gelecek planları
Yerçekimi dalgası astronomisine ilişkin beklentiler son derece heyecan vericidir. Şimdi aLIGO dedektörünün yalnızca ilk, en kısa gözlem oturumu tamamlandı ve bu kısa sürede zaten net bir sinyal tespit edildi. Şunu söylemek daha doğru olur: İlk sinyal resmi başlamadan önce yakalandı ve işbirliğinin dört aylık çalışmasının tamamı henüz raporlanmadı. Kim bilir, belki de zaten birkaç ek artış vardır? Öyle ya da böyle, ama dahası, dedektörlerin hassasiyeti arttıkça ve Evrenin kütleçekim dalgası gözlemlerine açık kısmı genişledikçe, kaydedilen olayların sayısı çığ gibi artacaktır.
LIGO-Virgo ağı için beklenen oturum programı Şekil 1'de gösterilmektedir. 11. Altı ay sürecek olan ikinci seans bu yılın sonunda başlayacak, üçüncü seans ise neredeyse 2018 yılının tamamını alacak ve her aşamada dedektörün hassasiyeti artacaktır. 2020 civarında, aLIGO'nun planlanan hassasiyetine ulaşması gerekiyor; bu da dedektörün, bizden 200 Mpc'ye kadar mesafelerde bulunan nötron yıldızlarının birleşmesi için Evreni araştırmasına olanak tanıyacak. Daha enerjik kara delik birleşme olayları için hassasiyet neredeyse bir gigaparsek'e ulaşabilir. Öyle ya da böyle, Evrenin gözleme açık hacmi ilk seansa kıyasla onlarca kat artacaktır.
Yenilenen İtalyan laboratuvarı Virgo da bu yılın sonlarında devreye girecek. Hassasiyeti LIGO'nunkinden biraz daha az ama yine de oldukça iyi. Üçgenleme yöntemi nedeniyle, uzayda aralıklı olarak yerleştirilen üçlü dedektör, kaynakların konumunun çok daha iyi bir şekilde geri getirilmesini mümkün kılacaktır. gök küresi. Şimdi iki dedektörle lokalizasyon alanı yüzlerce derece kareye ulaşırsa, üç dedektör bunu onlarca dereceye indirecektir. Ayrıca benzer bir KAGRA yerçekimsel dalga anteni şu anda Japonya'da inşa ediliyor ve bu anten iki ila üç yıl içinde faaliyete geçecek ve Hindistan'da 2022 civarında LIGO-Hindistan dedektörünün piyasaya sürülmesi planlanıyor. Sonuç olarak, birkaç yıl sonra, tüm bir yerçekimsel dalga dedektörleri ağı çalışacak ve sinyalleri düzenli olarak kaydedecektir (Şekil 13).
Son olarak, eLISA projesi başta olmak üzere, yerçekimsel dalga cihazlarını uzaya fırlatma planları var. İki ay önce, görevi teknolojileri test etmek olacak ilk test uydusu yörüngeye fırlatıldı. Yerçekimi dalgalarının gerçek tespiti hala çok uzakta. Ancak bu uydu grubu veri toplamaya başladığında, düşük frekanslı yerçekimi dalgaları aracılığıyla Evren'e başka bir pencere açacak. Yerçekimi dalgalarına yönelik bu tüm dalga yaklaşımı, alan için uzun vadeli önemli bir hedeftir.
paralellikler
Yerçekimi dalgalarının keşfi, fizikçilerin nihayet tüm engelleri aştığı ve dünyamızın yapısının daha önce bilinmeyen inceliklerine ulaştığı son yıllarda üçüncü kez oldu. 2012 yılında, neredeyse yarım yüzyıl önce tahmin edilen bir parçacık olan Higgs bozonu keşfedildi. 2013 yılında IceCube nötrino dedektörü astrofiziksel nötrinoların gerçekliğini kanıtladı ve nötrinolar aracılığıyla tamamen yeni, daha önce erişilemeyen bir şekilde "evrene bakmaya" başladı. yüksek enerjiler. Ve şimdi doğa bir kez daha insana yenik düştü: Evreni gözlemlemek için bir yerçekimsel dalga “penceresi” açıldı ve aynı zamanda güçlü yer çekiminin etkileri doğrudan incelenmeye uygun hale geldi.
Burada hiçbir yerde doğadan "bedava" olmadığı söylenmelidir. Arama çok uzun sürdü ama sonuç vermedi çünkü onlarca yıl önce ekipman enerji, ölçek, hassasiyet açısından sonuca ulaşamamıştı. Hedefe ulaşan şey, teknolojinin istikrarlı ve hedefli gelişimiydi; bu gelişme, ne teknik zorluklar ne de geçmiş yılların olumsuz sonuçları tarafından durdurulamadı.
Ve her üç durumda da, keşif olgusu bir son değildi, tam tersine, yeni bir araştırma yönünün başlangıcıydı, dünyamızı araştırmak için yeni bir araç haline geldi. Higgs bozonunun özellikleri ölçüm için uygun hale geldi ve fizikçiler bu verilerle Yeni Fiziğin etkilerini ayırt etmeye çalışıyor. Yüksek enerjili nötrinoların artan istatistikleri sayesinde nötrino astrofiziği ilk adımlarını atıyor. En azından artık kütleçekimsel dalga astronomisinden de aynı şey bekleniyor ve iyimser olmak için her türlü neden var.
Kaynaklar:
1) LIGO Bilimsel İşbirliği. ve Başak Coll. İkili Kara Delik Birleşmesinden Yerçekimi Dalgalarının Gözlemlenmesi // Fizik. Rev. Lett. 11 Şubat 2016'da yayınlandı.
2) Tespit Belgeleri - ana keşif makalesine eşlik eden teknik makalelerin listesi.
3) E.Berti. Bakış Açısı: Birleşen Kara Deliklerin İlk Sesleri // Fizik. 2016.V.9.N.17.
Malzemeleri inceleyin:
1) David Blair ve diğerleri. Yerçekimi dalgası astronomisi: mevcut durum // arXiv:1602.02872.
2) Benjamin P. Abbott ve LIGO Bilimsel İşbirliği ve Başak İşbirliği. Gelişmiş LIGO ve Gelişmiş Başak ile Yerçekimi Dalgası Geçişlerini Gözlemleme ve Yerelleştirme Beklentileri // Yaşayan Rev. Görelilik. 2016.V.19.N.1.
3) O. D. Aguiar. Rezonans Kütle Çekimsel Dalga Dedektörlerinin Dünü, Bugünü ve Geleceği // Res. Astron. Astrofizik. 2011.V.11.N.1.
4) Yerçekimi dalgalarının araştırılması - derginin web sitesindeki materyallerden bir seçki Bilim Yerçekimi dalgaları arayışında.
5) Matthew Pitkin, Stuart Reid, Sheila Rowan, Jim Hough. Girişimölçümle Yerçekimi Dalgası Tespiti (Yer ve Uzay) // arXiv:1102.3355.
6) V. B. Braginsky. Yerçekimi dalgası astronomisi: yeni ölçüm yöntemleri // UFN. 2000. T. 170. s. 743–752.
7) Peter R. Saulson.
