Què és una ona gravitatòria?

La data oficial d'obertura (detecció) de les ones gravitacionals es considera que un 11 de febrer del 2016. Es porta a terme llavors a Washington en la conferència de premsa, els líders de la col·laboració LIGO, es va anunciar que l'equip d'investigadors va aconseguir per primera vegada en la història de la humanitat per solucionar aquest fenomen.

Les profecies de la gran Einstein

El fet que les ones gravitacionals, fins i tot al principi del segle passat (1916) va suggerir Albert Einstein va formular en el marc de la relativitat general (GR). Un només pot meravellar-se amb les enginyoses habilitats del famós físic, que era capaç de fer aquestes conclusions de gran abast amb un mínim de dades reals. Entre els molts altres fenòmens físics van predir que la confirmació trobat en el proper segle (alentir el pas del temps, els canvis en la radiació electromagnètica en la direcció dels camps gravitacionals, etc.) Gairebé detecten la presència d'aquest tipus d'interacció de l'ona dels cossos, fins fa poc no va ser possible.

Gravetat - una il·lusió?

En general, a la llum de la teoria de la relativitat gravetat tot just una força. Això és una conseqüència de la pertorbació o la curvatura de l'espai-temps. Un bon exemple per il·lustrar aquest postulat es pot estirar tros de tela. Sota el pes col·locat sobre una superfície d'un objecte major es forma un recés. Altres objectes en moviment prop d'aquesta anomalia canviarà la trajectòria del seu moviment, per així dir-ho, "atret". I com més gran és el pes de l'objecte (profunditat diàmetre i la curvatura més llarg), més gran és la "força d'atracció." Quan es mou sobre la tela, es pot veure el sorgiment de "ones" divergents.

Una cosa similar està passant en l'espai mundial. Qualsevol matèria sòlida ràpidament en moviment és la font de les fluctuacions en la densitat d'espai i temps. Una ona gravitatòria amb una amplitud significativa, format cossos amb extremadament grans masses o quan es condueix amb grans acceleracions.

especificacions físiques

Les fluctuacions en la mètrica de l'espai-temps es manifesten com canvis en el camp gravitatori. Aquest fenomen també s'anomena ondulacions de l'espai-temps. ona gravitatòria afecta el cos i objectes trobar, estrenyent i estirant ells. quantitat cep són molt petites - l'ordre de 10 ^-21 de la mida original. Tota la dificultat de la detecció d'aquest fenomen és que els investigadors van haver d'aprendre a mesurar i registrar aquests canvis utilitzant l'equip apropiat. La potència de la radiació gravitatòria també és extremadament baixa - per a tot el sistema solar, és uns pocs quilowatts.

La velocitat de propagació de les ones gravitacionals depèn lleugerament de les propietats del medi conductor. L'amplitud de l'oscil·lació amb la distància des de la font disminueix gradualment però mai arriba a zero. La freqüència es troba en un rang de diverses desenes a centenars de hertzs. La velocitat de les ones gravitacionals en el medi interestel·lar s'aproxima a la velocitat de la llum.

evidència circumstancial

Per primera vegada una confirmació teòrica de l'existència de les ones gravitacionals va aconseguir que l'astrònom nord-americà Joseph Taylor i Russell Hulse seu assistent en 1974. Estudiant l'Univers a través de telescopi observatoris Arecibo (Puerto Rico), els investigadors van descobrir el prémer PSR B1913 + 16 representa un sistema binari d'estrelles de neutrons que giren al voltant d'un centre comú de massa a una velocitat angular constant (cas estrany). Cada període de tractament és de 3,75 anys hora inicialment, reduïda a 70 ms. Aquest valor és coherent amb les conclusions de les equacions que prediuen GTR l'augment de la velocitat de rotació d'aquests sistemes a causa del consum d'energia per a la generació d'ones gravitacionals. Més tard es va trobar més púlsars dobles i nanes blanques amb un comportament similar. Radioastronomia D. Taylor i R. Hulse el Premi Nobel de Física pel descobriment de noves possibilitats d'estudiar els camps gravitacionals va ser guardonat el 1993.

Robatori d'ona gravitatòria

La primera declaració de detecció d'ones gravitacionals va rebre de la Universitat de Maryland científic Dzhozefa Vebera (EUA) el 1969. Per a aquest propòsit s'utilitza les dues antenes gravitacionals del seu propi disseny, separats per una distància de dos quilòmetres. El detector de ressonància era una bona peça cilindre-peu de vibració aïllada d'alumini, equipat amb transductors piezoelèctrics sensibles. L'amplitud de les fluctuacions Weber suposadament fix va resultar ser més d'un milió de vegades més alt del que s'esperava. Els intents realitzats per altres investigadors que utilitzen equips similars a repetir l ' "èxit" dels resultats positius físic nord-americà no han donat. Després d'uns anys de treball Weber en aquesta àrea han estat reconeguts insolvent, però va donar un impuls al desenvolupament del "boom gravitatòria" per cridar en aquesta àrea d'estudi de molts experts. Per cert, Dzhozef Veber fins a la seva mort estava segur de prendre les ones gravitacionals.

La millora dels equips de recepció

En el científic 70 Bill Feyrbank (EUA) ha desenvolupat un disseny d'antena d'ones gravitacionals, refrigerat per heli líquid, amb l'ús de calamars - magnetòmetre supersensible. Existents en el moment en què la tecnologia no se li permet veure l'inventor del seu producte, realitzat en el "metall".

Segons aquest principi es fa Auriga el detector gravitacional en el Laboratori Nacional de lenyarskoy (Padova, Itàlia). L'estructura de base de cilindre d'alumini-magnesi i una longitud de 3 metres i un diàmetre de 0,6 m. El pes unitat de recepció de 2,3 tones se suspèn en un aïllat, es va refredar a la cambra de buit zero a prop absoluta. Per a la fixació i moviment de la detecció de la ressonador quilogram auxiliar i un sistema de mesurament basat en ordinadors. La sensibilitat indicat dels equips 10 ^-20.

interferòmetres

La base del funcionament dels detectors d'ones gravitatòries interferométricos incorpora els mateixos principis que s'utilitzen en l'interferòmetre de Michelson. Emesa per la font del raig làser es divideix en dos corrents. Després de múltiples reflexions i viatges en els fluxos de dispositius espatlles s'ajunten de nou, i la imatge d'interferència jutge final es veu afectada si el curs dels raigs de qualsevol pertorbació (per exemple, d'ones gravitacionals). Aquest equip es crea en molts països:

• GEO 600 (Hannover, Alemanya). La longitud del túnel de buit 600 metres.
• TAMA (Japó) amb les espatlles a 300 m.
• VERGE (Pisa, Itàlia) - un projecte conjunt franco-italiana, llançat en 2007 amb uns tres quilòmetres de túnels de gran longitud.
• LIGO (Estats Units, Costa del Pacífic), el que porta la recerca d'ones gravitacionals en 2002.

Darrera val la pena considerar amb més detall.

LIGO Avançat

El projecte va ser iniciat per científics de l'Institut de Tecnologia de Massachusetts i Califòrnia. Inclou dos observatoris separats per de 3 mil. Km, Louisiana i Washington (ciutat de Livingston i Hanford) amb tres interferòmetres idèntics. La longitud del túnel de buit perpendicular és de 4 mil. Metres. Aquesta és la més gran fins a la data estructures similars existents. Fins a l'any 2011, molts intents de detectar les ones gravitacionals no han donat cap resultat. Una millora substancial (Advanced LIGO) va augmentar la sensibilitat de l'equip en la gamma de 300-500 Hz més de cinc vegades, ia la regió de baixa freqüència (fins a 60 Hz) és gairebé un ordre de magnitud, aconseguint un valor tal cobejat 10 ^-21. El projecte actualitzat començar al setembre de 2015, i els esforços de més de mil empleats de la col·laboració ha estat recompensat amb els resultats.

Les ones gravitacionals es troben

14 de setembre de, l'any 2015 va avançar detectors LIGO en 7 ms interval registrat descendeix a les ones gravitacionals del planeta dels esdeveniments més importants que van tenir lloc en els límits de l'univers observable - la fusió de dos grans forats negres amb masses de 29 i 36 vegades més gran que la massa solar. Durant el judici, que va tenir lloc més d'1,3 Ga enrere, en qüestió de segons a la radiació d'ones gravitacionals que va passar al voltant de tres masses solars de matèria. ones inicials freqüència fixa gravitacionals a 35 Hz, i el valor màxim pic del nivell assolit en 250 Hz.

Els resultats obtinguts es van sotmetre repetidament a les proves i el tractament integral, curosament tallats interpretacions alternatives de les dades. Finalment, l'11 de febrer de l'any passat a la detecció directa del fenomen predit per Einstein, es va anunciar a la comunitat mundial.

Fet que il·lustra una feina titànica d'investigadors: l'amplitud de l'oscil·lació del braç de la mida és 10 ^-19 m - aquest valor com moltes vegades més petit que el diàmetre d'un àtom, de tot el que té menys de taronja.

perspectives de futur

Aquest descobriment confirma una vegada més que la teoria general de la relativitat - no és només un conjunt de fórmules abstractes, i un aspecte completament nou a l'essència de les ones gravitacionals i la gravetat en el seu conjunt.

En altres estudis, els científics tenen grans esperances en el projecte ELSA: la creació d'un interferòmetre gegant en òrbita amb les espatlles uns 5 milions de km, capaços de detectar fins i tot les pertorbacions menors de camps gravitacionals. Revitalització de la tasca en aquesta direcció és capaç de dir molt sobre les etapes bàsiques del desenvolupament de l'univers, els processos, l'observació que en les bandes tradicionals és difícil o impossible. No hi ha dubte que els forats negres, les ones gravitacionals, que seran corregits en el futur, parla molt de la natura.

Per a l'estudi de la radiació gravitatòria relíquia, capaç de parlar dels primers moments del nostre món després del Big Bang, requerirà instruments espacials més sensibles. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. existeix aquest projecte (Big Bang Observador), però la seva posada en pràctica, el testimoni dels experts, és possible no abans dels 30-40 anys.