Svemir pamti gravitacijske valove – i možemo ih pronaći


Gravitacijski valovi projuriti cijelim svemirom kao mreška u prostor-vremenu koje proizvode neki od najvažnijih kataklizmičkih događaja.

Uz objekte poput Laser Interferometar Gravitacijsko-valna opservatorija (LIGO) i Djevica, sada možemo otkriti najjače one pukotine dok se peru nad Zemljom. Ali gravitacijski valovi ostavljaju za sobom sjećanje – trajni zavoj u prostoru-vremenu – dok prolaze, i sada smo na rubu toga da to možemo otkriti, omogućujući nam da svoje razumijevanje gravitacije gurnemo do granica.

Povezano: Lov na gravitacijske valove: Projekt laserskog interferometra LIGO u slikama

Valovi gravitacije

Unatoč činjenici da je stara više od jednog stoljeća, Einsteinova teorija opće relativnosti je naše trenutačno razumijevanje djelovanja gravitacije. U ovom su pogledu prostor i vrijeme spojeni u jedinstveni okvir poznat kao (ovdje nema iznenađenja) prostor-vrijeme. Ovaj prostor-vrijeme nije samo fiksna pozornica, već se savija i savija kao odgovor na prisutnost materije i energije.

To savijanje, izvijanje i savijanje prostora-vremena zatim nastavlja dalje kako bi se znalo kako se kretati. U općenitoj relativnosti, sve, od djelića svjetlosti do prebrzih metaka do eksplozivnih svemirskih brodova, želi putovati u pravim linijama. Ali prostor-vrijeme oko njih je iskrivljeno, prisiljavajući ih da slijede zakrivljene putanje – poput pokušaja prelaska planinskog prijevoja ravno, ali slijedeći vrhove i doline topografije.

Kako mi zovemo "gravitacija"tada je rezultat svega tog krivljenja prostora-vremena i činjenica da pokretni predmeti nemaju drugog izbora osim da slijede krivulje i valovi prostora-vremena oko njega.

Kao i svaka druga fleksibilna površina, prostor i vrijeme se ne samo savijaju i savijaju; također vibrira.

Ako stojite na trampolinu, savijat ćete ga. Ako bilo tko pokuša hodati trampolinom u vašoj blizini, osjetit će vašu "gravitaciju" i biti prisiljen slijediti zavojit put. Ali dovoljno daleko od vas, oni čak neće ni primijetiti vaš gravitacijski utjecaj.

Ali ako počnete skakati gore i dolje na trampolinu, cijelim ćete putem slati valove i drhtavice, a oni ne mogu utjecati na vaše kretanje.

Sjećanje na prošlost

Gravitacijski valovi djeluju na isti način, prenoseći energiju kroz valove u tkivu samog prostora-vremena. Ove varalice potječu iz svake moguće vrste kretanja, ali budući da je gravitacija tako slaba (najslabija je sila prirode više milijardi puta), a gravitacijski valovi još su slabiji, samo su najenergičniji pokreti sposobni stvoriti mreškanje koje je moguće detektirati instrumentima ovdje na Zemlji.

Do sada su naše gravitacijske gravitacijske opservatorije LIGO i Djevica uočile desetine kataklizmičnih događaja koji uključuju spajanje masovnih Crne rupe i neutronske zvijezde. Gravitacijski valovi tih događaja vale se u svemiru i ispiraju se nad Zemljom. Kad to učine, oni uvijek tako malo (kao u, manjoj od širine atoma) kreću stvari okolo.

Čak i ti. U ovom trenutku vas nježno pritisnu i rastežu gravitacijski valovi iz nasilnih događaja koji su udaljeni nekoliko milijardi svjetlosnih godina.

Možda biste pomislili da je događaj gotov nakon što val prođe, poput razbijača koji vas sruši na plaži i isprati na obalu. Ali gravitacija je škakljiva stvar, a gravitacijski valovi su i dalje zamršeni.

Gotovo svaka vrsta pokreta pokreće stvaranje gravitacijskog vala, od crnih rupa koje se razbijaju jedna u drugu do vas kako mašete rukom. Pa čak i sami gravitacijski valovi.

Kako se gravitacijski valovi probijaju kroz prostor-vrijeme, oni postaju izvor novih gravitacijskih valova, koji postaju izvor novih gravitacijskih valova, koji postaju izvor novih gravitacijskih valova, i tako dalje. Svaka nova generacija valova slabija je od posljednje, ali učinak se nadovezuje na ono što znanstvenici nazivaju „sjećanje na prostor-vrijeme“ – trajno iskrivljenje prostora-vremena koje je preostalo nakon prolaska gravitacijskog vala.

Drugim riječima, kada vas gravitacijski valovi ispiraju, ne samo se privremeno stisnete i stisnete. Kad se sve kaže i učini, ostaje vam se trajno ispruženo.

Povezano: Slike: Crne rupe svemira

Gledajući u budućnost

Budući da su gravitacijski valovi generirani gravitacijskim valovima toliko slabi, još uvijek nismo pronašli nikakve dokaze za ovo „vremensko-memorijsko“ pamćenje, ali to bi trebalo biti tamo, vrebajući podatke koje su uzeli LIGO i Djevica. Ono što bismo trebali vidjeti je trajna promjena položaja detektora, dobro nakon prolaska potvrđenog događaja gravitacijskog vala.

Nedavno je tim astronoma ispitao što će trebati da se konačno vidi pamćenje gravitacijskog vala. Budući da svako pojedinačno otkrivanje za sobom ostavlja samo nevjerojatno slabu memoriju, takve pojave nećemo moći vidjeti jednu po jednu. Umjesto toga, moramo zbrojiti više događaja da bismo izgradili dokaze potrebne za otkrivanje otkrića.

A koliko će nam događaja trebati? Istraživači predviđaju da ćemo trebati snimiti oko 2.000 pojedinaca spajanje crne rupe prije nego što ćemo moći uočiti trajno pamćenje koje je ostalo. Ovaj se broj otkrića neće uskoro dogoditi, ali nova generacija gravitacijskih valnih opservatorija, koja će, nadamo se, prikupiti oko 10 događaja dnevno, mogla bi ovo sjećanje pronaći u roku od godinu dana promatranja.

To bi trajno memorija prostora i vremena trebala biti tamo – ako su naša predviđanja iz opće relativnosti tačna. A ako nakon nekoliko godina pretraživanja ne pronađemo ništa, morat ćemo preispitati svoje razumijevanje gravitacije i vidjeti jesmo li nešto zaboravili.

Čitaj više: "Hvala na memoriji: mjerenje memorije gravitacijskog vala u prvom LIGO / Virgo gravitacijskom valnom prolaznom katalogu"

Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radioi autor knjige "Vaše mjesto u svemiru."Sutter je pridonio ovom članku Glasovi stručnjaka Space.com-a: Op-Ed & Insights,

Slušajte podcast pod nazivom Ask A Spaceman iTunes, I na Internetu na http://www.askaspaceman.com, Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paula @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter, Pratite nas na Twitteru @Spacedotcom ili Facebook,

Sve o svemirskom odmoru 2019. godine

Treba više prostora? Pretplatite se na sestrin naslov „Sve o svemiru“ za najnovije nevjerojatne vijesti sa završne granice! (Slika: Sve o svemiru)