¿Que é unha onda gravitacional?

A data oficial de apertura (detección) de ondas gravitacionais considérase como 11 de febreiro de 2016. Logo se realiza en Washington en rolda de prensa, os líderes de colaboración LIGO, anunciouse que o equipo de investigadores logrou por primeira vez na historia da humanidade para corrixir este fenómeno.

As profecías do gran Einstein

O feito de que as ondas gravitacionais existen, aínda a principios do século pasado (1916) suxeriu Albert Einstein formulada no ámbito da Relatividade Xeral (GR). Só se pode maravilhar coas habilidades enxeño do famoso físico, que era capaz de facer tales conclusións de longo alcance con un mínimo de datos reais. Entre os moitos outros fenómenos físicos previu que a confirmación atopar no próximo século (abrandar o paso do tempo, cambios na radiación electromagnética na dirección de campos gravitacionais, etc.) Case detectar a presenza deste tipo de interacción das ondas de corpos, ata hai pouco non era posible.

Gravidade - unha ilusión?

Xeralmente, á luz da teoría da relatividade gravidade dificilmente unha forza. Esta é unha consecuencia da perturbación ou curvatura do continuum espazo-tempo. Un bo exemplo para ilustrar este postulado pode ser estirado anaco de pano. Baixo o peso colocado sobre unha superficie dun obxecto de grandes cantidades é formado un receso. Outros obxectos en movemento preto esta anomalía vai cambiar a traxectoria do seu movemento, xa que foron "atraídos". E, canto maior sexa o peso do obxecto (máis profundidade diámetro e curvatura), maior será a "forza de atracción." Cando se move sobre o tecido, podes ver a aparición de "ondulacións" diverxentes.

Algo semellante está a suceder no espazo do mundo. Calquera materia sólida que se move rapidamente é a fonte de flutuacións na densidade de espazo e tempo. Unha onda gravitacional cunha amplitude significativa, formado corpos con masas moi grandes ou cando se conduce con grandes aceleracións.

especificacións físicas

Flutuacións na métrica espazo-tempo se manifestan como cambios no campo gravitacional. Este fenómeno tamén se chama ondulacións no espazo-tempo. onda gravitacional afecta o corpo e obxectos atopados, axustado e estirando os. cantidade estirpe son moi pequenos - da orde de 10 ^-21 do tamaño orixinal. Toda a dificultade de detección deste fenómeno é que os investigadores tiveron que aprender a medir e rexistrar os cambios mediante o equipo axeitado. O poder da radiación gravitacional tamén é moi baixo - para todo o sistema solar, está a poucos quilovatios.

A velocidade de propagación das ondas gravitacionais lixeiramente depende das propiedades do medio condutor. A amplitude de oscilación coa distancia da fonte diminúe gradualmente, pero nunca chega a cero. A frecuencia sitúase nunha variedade de varias decenas a centenares de Hertz. A velocidade das ondas gravitacionais no medio interestelar se achega á velocidade da luz.

probas circunstanciais

Por primeira vez unha confirmación teórica da existencia de ondas gravitacionais puido obter o astrónomo estadounidense Joseph Taylor e Russell Hulse seu asistente en 1974. Estudar o Universo a través de telescopio observatorios Arecibo (Porto Rico), os investigadores descubriron o pulsar PSR B1913 + 16 representa un sistema binario de estrelas de neutróns que xiran arredor dun centro común de masa a unha velocidade angular constante (caso raro). Cada período de tratamento ano é 3,75 horas inicialmente, reducido a 70 ms. Este valor é consistente coas conclusións das ecuacións GTR que predín o aumento da velocidade de rotación destes sistemas, debido ao consumo de enerxía para a xeración de ondas gravitacionais. se atopou máis tarde máis pulsares dobres e ananas brancas cun comportamento similar. Radioastronomia D. Taylor e R. Hulse o Premio Nobel de Física polo descubrimento de novas posibilidades de estudar campos gravitacionais foi premiado en 1993.

Roubar onda gravitacional

A primeira declaración de ondas gravitacionais detección recibido da Universidade de Maryland científico Dzhozefa Vebera (EUA) en 1969. Para estes efectos, usou as dúas antenas gravitacionais do seu propio proxecto, separados por unha distancia de dous quilómetros. O detector de resonancia era un bo peza cilindro-pé illada de vibracións de aluminio, equipado con transdutores piezoeléctricos sensibles. A amplitude da Weber flutuacións supostamente fixo demostrou ser máis que un millón de veces maior do esperado. Intentos por outros investigadores que utilizan equipos similares a repetir o "éxito" dos resultados positivos físico estadounidense non renderon. Despois duns anos de traballo Weber nesta área foron recoñecidos insolvente, pero deu un impulso para o desenvolvemento da "explosión gravitacional" para chamar nesta área de estudo de moitos especialistas. By the way, Dzhozef Veber ata a súa morte era correcto tomar ondas gravitacionais.

Mellorar o equipo de recepción

No científico 70s Bill Feyrbank (EUA) desenvolveu un deseño de antena de onda gravitacional, arrefeceu-se por helio líquido, co uso de SQUIDs - magnetómetro supersensíveis. Existente na época a tecnoloxía non se admite para ver o inventor do seu produto, realizado no "metal".

Segundo este principio faise Auriga o detector gravitacional en lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italia). A estrutura de base de cilindro de aluminio-magnesio e unha lonxitude de 3 metros e un diámetro de 0,6 m. A unidade de peso do receptor de 2,3 toneladas e suspendido nun illado, arrefeceu-se a cámara de baleiro preto do cero absoluto. Para fixación e axitación detectar o ressonador quilogramo auxiliar e un sistema de medida baseado en computadores. A sensibilidade indica o equipo 10 ^-20.

interferómetros

A base do funcionamento dos detectores de ondas gravitacionais interferométricos incorporados os mesmos principios que se usan no interferómetro de Michelson. Emitida pola fonte do feixe de láser divídese en dúas correntes. Tras múltiples reflexións e viaxes sobre os fluxos de dispositivos ombreiros son reunidos de novo, ea imaxe de interferencia xuíz final é afectada o curso dos raios calquera disturbio (por exemplo, onda gravitacional). Este equipo é creado en moitos países:

• GEO 600 (Hannover, Alemaña). A lonxitude do túnel de baleiro a 600 metros.
• Tama (Xapón) cos ombros a 300 m.
• Virxe (Pisa, Italia) - un proxecto franco-italiano conxunta, lanzado en 2007 con tres quilómetros de extensión de túneles.
• LIGO (Estados Unidos, Costa do Pacífico), levando a busca de ondas gravitacionais en 2002.

Última paga a pena considerar en máis detalles.

LIGO avanzada

O proxecto foi iniciado por científicos do Instituto de Tecnoloxía de Massachusetts e California. Inclúe dous observatorios separados por 3000. Km, Louisiana e Washington (cidade de Livingston e Hanford), con tres interferómetros idénticos. A lonxitude do túnel de baleiro perpendicular é de 4 mil. Metros. Este é o maior ata o momento estruturas similares existentes. Ata 2011, moitos intentos para detectar ondas gravitacionais non produciron ningún resultado. Unha mellora substancial (Advanced ligo) aumentou a sensibilidade do equipo na franxa de 300-500 Hz máis que cinco veces, e na rexión de baixa frecuencia (por enriba de 60 Hz) é case unha orde de magnitude, alcanzando un valor tal cobizado 10 ^-21. O proxecto actualizados comezou en setembro de 2015, e os esforzos de máis de mil empregados de colaboración foi recompensado cos resultados.

As ondas gravitacionais son atopados

14 setembro de 2015 avanzou detectores LIGO 7 ms intervalo gravadas descender ondas gravitacionais do planeta dos maiores acontecementos que tiveron lugar á beira do universo observable - unha fusión de dous grandes buracos negros con masas de 29 e 36 veces maior que a masa solar. Durante o xuízo, que tivo lugar ao longo de 1,3 Ga atrás, en cuestión de segundos á radiación de ondas gravitacionais que pasou preto de tres masas solares da materia. ondas iniciais de frecuencia fixa gravitacionais a 35 Hz, eo valor máximo do pico do nivel alcanzado en 250 Hz.

Os resultados obtidos foron repetidamente sometidas a probas ampla e tratamento, coidado cortadas interpretacións alternativas dos datos. Finalmente, o 11 de febreiro do ano pasado sobre a detección directa do fenómeno previsto por Einstein, anunciouse para a comunidade mundial.

Feito ilustrando un traballo titânico de investigadores: a amplitude do brazo de oscilación do tamaño é 10 ^-19 m - este valor como moitas veces menores que o diámetro dun átomo, o que el ve menores de laranxa.

perspectivas futuras

Este descubrimento confirma unha vez máis que a teoría da relatividade xeral - non é só un conxunto de fórmulas abstractas, e unha mirada completamente novo para a esencia de ondas gravitacionais e gravidade no seu conxunto.

Noutros estudos, os científicos teñen grandes esperanzas no proxecto ELSA: a creación dun interferómetro órbita xigante con ombros uns 5 millóns de km, capaz de detectar incluso perturbacións menores de campos gravitacionais. Revitalización do traballo neste sentido é capaz de dicir moito sobre as etapas básicas do desenvolvemento do universo, os procesos, a observación de que en bandas tradicionais é difícil ou imposible. Non hai dúbida de buratos que negros, ondas gravitacionais, que serán fixos no futuro, moita conversa sobre natureza.

Para o estudo da radiación gravitacional reliquia, capaz de falar sobre os primeiros momentos do noso mundo despois do Big Bang, vai esixir instrumentos espaciais máis sensibles. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Este proxecto existe (Big Bang Observer), pero a súa posta en marcha, as protestas de expertos, é posible que non anterior a 30-40 anos.