Para saintis telah mendengar aria graviti buat kali pertama.
Kandungan Terkait
- Lima Perkara yang Perlu Tahu Mengenai Gelombang Gravitational
- Tujuh Cara Mudah Kita Tahu Einstein Adalah Betul (Untuk Kini)
Ketika dua lubang hitam melonjak ke arah satu sama lain dan digabungkan, mereka menciptakan riak-riak dalam kain kosmos dalam bentuk fizik yang tepat telah meramalkan selama satu abad: gelombang graviti. Dilancarkan hari ini semasa satu persidangan akhbar antarabangsa, isyarat itu memberi laluan kepada pemahaman baru tentang alam semesta.
"Ini adalah kali pertama alam semesta telah bercakap dengan kita melalui gelombang graviti. Sehingga kini kita telah pekak, " kata Pengarah Makmal LIGO, David Reitze, dari University of Florida, hari ini dalam satu majlis akhbar di Washington, DC
Pada akar gelombang graviti adalah teori graviti Albert Einstein, yang mengatakan bahawa apa-apa yang mempunyai jujukan besar-besaran kain sangat ruang-waktu. Apabila objek besar bergerak, mereka membuat distorsi dalam kain kosmik, menghasilkan gelombang graviti. Gelombang ini meretas melalui alam semesta seperti gelombang bunyi yang mengalir melalui udara.
Teori Einstein meramalkan bahawa alam semesta mengagumkan dengan gelombang graviti, tetapi sehingga kini kita tidak dapat mengesannya, sebahagiannya kerana gelombang sangat lemah. Tetapi sebelum instrumen dinaik tarafnya secara rasmi dalam talian pada tahun lepas, Observatori Gelombang Gravitational-Wave Laser Interferometer (LIGO) mengambil isyarat jelas dari perlanggaran besar dua lubang hitam 1.3 bilion tahun cahaya.
"Untuk mempunyai isyarat gelombang graviti yang dikesan sementara LIGO masih tidak dekat kepekaan reka bentuk dalam larian sains yang pertama adalah mengagumkan, ia menjatuhkan rahang, dengan cara yang baik" kata Joan Centrella, yang mengetuai Makmal Astrofizik Gravitational di NASA's Goddard Space Flight Pusat sebelum menjadi Timbalan Pengarah Bahagian Sains Astrofizik di Goddard.
Kesungguhan itu meresap melalui LIGO's Livingston, Louisiana, pemerhatian dan melalui seluruh dunia apabila pasukan membuat pengumuman mereka. Hampir semua yang diketahui oleh para astronom mengenai kosmos telah datang dari pelbagai bentuk cahaya, seperti gelombang radio dan X-ray yang boleh dilihat. Tetapi seperti gelombang seismik boleh mendedahkan struktur tersembunyi di dalam Bumi, gelombang graviti membawa bersama mereka maklumat tentang sifat-sifat tersembunyi alam semesta yang walaupun cahaya tidak dapat didedahkan.
"Kami bermula dengan pekerjaan berisiko tinggi dengan potensi berpotensi tinggi, " kata Kip Thorne, pengasas bersama LIGO dan ahli fizik graviti di California Institute of Technology, dalam sidang akhbar itu. "Dan kita berada di sini hari ini dengan kemenangan hebat-cara baru untuk memerhatikan alam semesta."
Petunjuk awal
Memburu gelombang graviti bermula abad yang lalu, dengan penerbitan teori relativiti umum Einstein. Pada pertengahan 1970-an, ahli fizik Russell A. Hulse dan Joseph H. Taylor, Jr. menangkap bukti yang sangat meyakinkan bahawa riak ini wujud. Mereka mengukur masa yang diperlukan untuk dua bintang neutron padat-teras yang dihancurkan oleh bintang-bintang yang besar-sekali-ke orbit antara satu sama lain.
Berdasarkan karya Einstein, mereka tahu bintang-bintang ini seharusnya memancarkan tenaga graviti ketika mereka berputar, dan tenaga yang hilang itu akan menyebabkan mereka berputar ke arah yang lain. Selepas mengkaji dua bintang untuk beberapa tahun akan datang, mereka melihat bahawa orbit menurun dengan tepat jumlah yang diramalkan oleh relativiti umum.
Walaupun pencapaian itu menghasilkan kedua-dua hadiah Nobel 1993 dalam bidang fizik, kebanyakan ahli fizik tidak menyebutnya pengesanan langsung gelombang graviti.
Pada tahun 2001, LIGO mula beroperasi di dua lokasi 1, 875 batu di satu tempat di Livingston, Louisiana dan yang lain di Hanford, Washington. Beberapa tahun kemudian, teleskop gelombang graviti Eropah Virgo juga datang dalam talian. Kedua-duanya beroperasi sehingga 2010 dan 2011, sebelum pergi offline untuk naik taraf.
Walaupun saintis berharap bahawa pemerhatian awal ini akan menangkap gelombang graviti, mereka tahu ia adalah tembakan panjang. Ripples ini adalah isyarat yang sangat lemah, dan instrumennya tidak cukup sensitif untuk mendengar bisikan mereka. Tetapi permulaan awal berfungsi sebagai ujian teknologi untuk instrumen generasi akan datang.
Virgo masih dinaik taraf, tetapi pasukan LIGO menyelesaikan kerja mereka pada kedua-dua pengesan pada tahun 2015. Kini dipanggil Advanced LIGO, pemerhatian Louisiana dan Washington mendengarkan gelombang graviti semasa menjalankan pemerhatian sains yang pertama antara 18 September 2015 dan 12 Januari, 2016. Isyarat yang diumumkan hari ini telah dijemput sebelum latihan rasmi pertama, kerana pasukan itu menjalankan ujian operasi pengesan.
Precision Laser
Merasakan gelombang ketika melewati Bumi memerlukan banyak kejuruteraan pintar, kuasa komputer dan lebih daripada 1, 000 saintis yang bekerja di seluruh dunia.
Di dalam setiap obor LIGO berbentuk L, laser duduk di titik pertemuan dua tiub serenjang. Laser melewati instrumen yang memecah cahaya, sehingga dua rasuk bergerak sekitar 2.5 mil ke bawah setiap tiub. Cermin pada hujung tiub mencerminkan kembali cahaya ke arah sumbernya, di mana pengesan menunggu.
Biasanya tiada tempat cahaya pada pengesan. Tetapi apabila gelombang graviti melewati sekalipun, ia perlu menghulurkan dan melonggarkan ruang masa dalam corak yang boleh diramal, dengan berkesan mengubah panjang tiub dengan jumlah kecil-pada susunan diameter satu-ribu proton. Kemudian, beberapa cahaya akan mendarat di pengesan.
Untuk mengambil kira perubahan yang sangat kecil, cermin instrumen dilampirkan kepada sistem kompleks yang mengasingkannya dari kebanyakan getaran. Para saintis LIGO juga mempunyai program komputer khas yang boleh menapis pelbagai jenis bunyi latar belakang, seperti gegaran sekali-sekala, dan menentukan sama ada isyarat masuk memadankan kemungkinan sumber astronomi yang dikira menggunakan relativiti umum.
Laman Louisiana dan Washington bekerjasama untuk mengesahkan penampakan. "Kami tidak percaya bahawa kita melihat gelombang graviti melainkan kedua-dua pengesan melihat isyarat yang sama dalam tempoh masa gelombang graviti yang diperlukan untuk melakukan perjalanan antara kedua-dua tapak, " kata ahli pasukan LIGO Amber Stuver dari Louisiana State University. Dalam kes ini, gelombang melepasi Bumi dan melanda kedua-dua pengesan hanya tujuh milisaat.
Sebaik sahaja laman web Louisiana dan Washington mengesan kemungkinan graviti, saintis dapat membuat analisa. LIGO mengambil isyarat ini pada 14 September tetapi hanya dapat mengatakan dengan pasti bahawa mereka melihat gelombang graviti.
"Kami mengambil masa beberapa bulan memeriksa, memeriksa semula, analisis, bekerja dengan setiap data untuk memastikan penampakan, " kata Reitze semasa acara DC. "Dan kami yakin bahawa ini berlaku." Hasilnya muncul minggu ini dalam Surat Pemeriksaan Fizikal .
Pandangan udara pengesan LIGO di Livingston, Louisiana. (Makmal LIGO) Isyarat gelombang graviti yang ditarik oleh ahli astronomi dari pemerhatian paling terkini yang dipadankan dengan apa yang mereka harapkan untuk dua lubang hitam yang bergemerlapan ke arah satu sama lain. Tarian ini menghantar gelombang graviti pada kekerapan dan kekuatan yang boleh diramal, bergantung pada seberapa jauh objek dan massa mereka.
Apabila mereka mula menari lebih dekat, gelombang gelombang graviti menyusut dan lagu mereka mencapai padang yang lebih tinggi. Apabila lubang-lubang hitam menutup untuk memeluk terakhir, isyarat gelombang graviti mempunyai satu nota tinggi akhir, atau "kicau, " kerana ahli astronomi memanggilnya.
Isyarat isyarat September dengan indah dengan apa yang pasukan akan mengharapkan dari dua lubang hitam dengan massa sama dengan kira-kira 29 dan 36 kali massa matahari. Lubang-lubang hitam itu menyelar bersama-sama untuk mencipta lubang hitam baru 62 kali jisim matahari yang memancarkan jauh 3 tenaga suria yang bernilai tenaga graviti.
Mengharapkan sesuatu yang tidak dijangka
Dengan pengesanan awal ini, ahli astronomi berharap Advanced LIGO akan terus menangkap gelombang graviti dan mula membina data untuk semua jenis kajian saintifik, dari memikirkan bagaimana kerja supernovas untuk belajar tentang momen-momen pertama dalam alam semesta. Walaupun tiada teleskop astronomi lain melihat mana-mana tanda perlanggaran lubang hitam ini, beberapa sumber lain Advanced LIGO sedang mencari harus mempunyai rakan-rakan yang dapat dilihat oleh teleskop yang menangkap cahaya.
Ini seolah-olah sangat menjanjikan memandangkan Advanced LIGO tidak walaupun pada kepekaan penuhnya. Itu akan datang dalam beberapa tahun akan datang, kata Stuver.
Setiap isyarat ini akan memberi para astronom apa yang tidak pernah mereka hadapi sebelum ini: satu cara untuk menguji kes-kes graviti yang melampau dan pergerakan objek yang tidak kelihatan. Lebih menarik lagi, para astronom tahu bahawa dengan setiap kemajuan teknologi, alam semesta mempunyai cara yang mengejutkan kita.
"Setiap kali kita melihat dengan cara yang baru dan jenis cahaya yang berlainan, kita dapat menemui sesuatu yang tidak kita jumpa, " kata Stuver. "Dan itu adalah perkara yang tidak dijangka yang merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta." Tidak lama selepas ahli astronomi menghidupkan antena radio di langit, mereka menemui bintang neutron yang tidak dijangka yang dikenali sebagai pulsar. Dan, mungkin secara puisi, ia adalah bintang pulsar dan neutron melakukan tarian orbit yang Hulse dan Taylor belajar pada tahun 1970-an.
Sekarang, dengan subjek astronomi gelombang graviti, saintis mempunyai alat baru untuk mengamalkan kosmos. Dan dari bunyi itu, kita ada untuk muzik yang indah.
Nota Editor: Gabungan Joan Centrella telah diperbetulkan.
