MARK GARLICK/VITENSKAP FOTOBIBLIOTEKGetty bilder
- Enorme gjenstander som stjerner forårsaker romtid å strekke og komprimere målbart.
- Astrofysikere undersøkte potensialet til “glimt” produsert av gravitasjonsbølger å spre krumningen av romtiden.
- Glimtene kan gjøre det mulig for forskere å måle de indre tetthetsprofilene til hvite dverger og nøytroner stjerner.
kunne gravitasjonsbølger bli brukt en dag til å undersøke fjern materie i universet? Gjennom en teoretisk fysikkberegning antyder forskere fra Case Western Reserve University at de kunne. Arbeidet deres viser at signaler spredt av store astronomiske objekter kan avsløre hva som er inni dem.
🌟Du elsker kosmos. Det gjør vi også. La oss nerde over det sammen.
Gravitasjonsbølger er veldig subtil. Det krever ekstremt sensitiv, presis instrumentering for å oppdage krusningene som strekker og komprimerer romtid, en kombinasjon av tid og tredimensjonalt rom.
Generell relativitet forutsier at disse spredte bølgesignalene bør være større enn fysikere forventet, astrofysikere Craig kopi og Glenn Starkman skriv i a papir publisert over sommeren i tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrev. “Folk har alltid vært interessert i å måle noe nytt,” Copi forteller Populær mekanikk. “Dette gir oss en helt ny måte å se ting på univers.”
Både elektromagnetisk og gravitasjonsbølger beveger seg med lysets hastighet og er polariserte. Å se på gravitasjonsbølger kan tillate oss å se inni de fleste gjenstander som ellers er ugjennomsiktige, ifølge Copi. Imidlertid kan gravitasjonsbølger absorberes av svarte hullså å måle størrelsen på sorte hull krever ytterligere trinn og analyser.
I følge Case Western graduate student Klaountia Pasmatious beregninger for denne studien, hvis fysikere bruker disse ligningene i kombinasjon med data fra Laser Interferometer gravitasjonsbølgeobservatoriet (LIGO), kunne de måle de indre tetthetsprofilene til stjerner, inkludert hvite dverger og nøytronstjerner. EN hvit dverg er en liten, tett stjerne som har trukket seg sammen til en mindre størrelse. EN nøytronstjerne er dannet fra kollapsen av en supergigantisk stjerne.
Dette innholdet er importert fra YouTube. Du kan kanskje finne det samme innholdet i et annet format, eller du kan finne mer informasjon på nettstedet deres.
Forskere kan også se på “klumper av mørk materie,” sier Copi. Mørk materie ikke reflekterer, sender ut eller absorberer lys. “Du kan tenke deg at det er potensielt mer eksotiske ting der ute. Folk snakker om alle slags muligheter.»
California Institute of Technology fysiker Katerina Chatziioannou jobber med ett av de to LIGO-prosjektene og er ikke tilknyttet Case Western-teamets studie. “Det er mange områder i rommet hvor lys ikke kan komme ut, men gravitasjonsbølger kan. De kan også slippes ut i et vakuum, sier hun Populær mekanikk. “Gravitasjonsbølger forplanter seg uhemmet gjennom materie. Lys gjør ikke det. Vi kan ikke se hva som skjer på den andre siden av en vegg, for eksempel fordi fotonene ikke kan krysse veggen. Vi kan ikke se hva som skjer i kjernene til stjerner eller i kjernene til supernovaer, forklarer Chatziioannou.
Imidlertid fant Copi og hans kolleger at når gravitasjonsbølger sprer krumningen til romtiden forårsaket av objekter, kan forskere registrere svake signaler fra denne ekkoeffekten, kalt glints. Tidligere trodde forskerne at glimt ville være for svakt til å oppdage.
“I denne artikkelen ser vi på en effekt som eksisterer i generell relativitet,” sier Copi. «Det er ikke nytt i så måte, men det er noe folk ikke har sett på ennå. Dette lar oss potensielt se ting vi ellers ikke ville vært i stand til å se fordi vi kommer til å få noen signaler fra gravitasjonsglimt som, forutsatt at generell relativitet er korrekt, er der.”
Hvordan LIGO måler gravitasjonsbølger
Fordi det er vanskelig å oppdage gravitasjonsbølger direkte, ligger LIGO eksternt i Louisiana og Washington for å redusere de forstyrrende effektene av urbane miljøer. Washington-oppsettet ligger på en atomavfallsplass som er relativt stillegående.
“En gravitasjonsbølge … strekker og krymper lengdene som laseren spretter over,” sier Copi. “Du ser interferensmønsteret endre seg.”
Målingen krever en presisjon på 10-18 meter, mindre enn bredden til et proton, sier Chatziioannou. Dette innebærer å beregne et gjennomsnitt av målingene av et stort antall fotoner i en laser. “Du har en laser som er delt i to som spretter på to overflater og kommer tilbake og rekombinerer. Måten den rekombinerer på forteller deg om avstanden mellom der laseren ble sendt ut og hvor testmassene er, forklarer hun.
Hvorfor det er vanskelig å måle svarte hull
Når LIGO-forskere vil analysere sorte hull, er det mindre enkelt. Først måler en fotodetektor spenningen fra laserne, sier Chatziioannou. Programvaren konverterer spenningen til gravitasjonsbølger og måler belastningen deres. Deretter konverterer analyseverktøyene stammen til sorte hullmasser. Denne prosessen krever en teknikk som kalles matchfiltrering, der en datamaskin sammenligner signalene med de forskerne spår. Forskerne tar deres generelle relativitetsligninger og løser dem for mange parametere i signalet. Å filtrere ut støy krever sofistikerte tilnærminger.
Forskere har forsøkt å oppdage gravitasjonsbølger i over et århundre, siden Albert Einstein spådde deres eksistens i 1916. Forskere begynte å bygge LIGO-laboratoriene på 1990-tallet, og til slutt i 2015 oppdaget et LIGO-sted gravitasjonsbølger for første gang. Det var et spennende øyeblikk for fysikkmiljøet.
I mange tiår var det uklart om gravitasjonsbølger virkelig fantes. Nå som forskere kan finne dem, kan de utforske stjerner i mye større dybde. “Stjerner kan falme og mørk materie kan aldri gløde, men de kan ikke gjemme seg for tyngdekraften,” skrev forskerteamet i sin artikkel.