Üçüncü yerçekimi dalgası olayı doğrulandı! Einstein'ın genel görelilik teorisi başka bir büyük sınavdan geçiyor
Bu yıl 4 Ocak'ta, Lazer İnterferometri Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) algılanamaz bir sinyal aldı. Analizden sonra, bilim adamları bunu hızla bir yerçekimi dalgası olarak tanımladılar - uzay ve zaman boyunca bir eğrilik. Enerji dalgalanmaları.
Bugün Physical Review Letters'da yayınlanan olay Bu, insanların yerçekimi dalgalarını üçüncü kez doğrudan tespit ettiklerini gösteriyor!
Şekil LOGO tarafından yeni tespit edilen çift kara delik birleşmesinin hayali görüntüsü. İki kara delik asimetrik bir şekilde dönüyor, bu da her kara deliğin genel yörünge dinamiklerinden farklı kendi dönüş yönüne sahip olduğu anlamına geliyor. LIGO, GW170104 numaralı kara delik sisteminde, en az bir kara deliğin füzyondan önce asimetrik olarak döndüğünü keşfetti.
GW170104 numaralı sinyal, bir ses frekans bandına dönüştürüldüğünde, yukarı doğru taramaya benzer bir cıvıltı sunar. Bu, tipik "çift kara delik birleşmesinin" bir özelliğidir veya uzak evrende iki Büyük gök cisimleri birleştiğinde üretilen enerji sinyali. Araştırma ekibi hemen şu sonuca vardı: Bu kütleçekim dalgası olayı, biri Güneş'in yaklaşık 31 katı, diğeri ise Güneş'in 19 katı olan iki yıldız kütleli kara deliğin çarpışmasıyla meydana geldi.
Bu kez LIGO tarafından yakalanan sinyal saniyenin onda ikisinden daha az sürüyordu.Bilim adamları, iki kara deliğin, sonunda güneş kütlesinin yaklaşık 49 katı bir kara deliğe dönüşmeden önce birbirlerinin etrafında yaklaşık 6 kez döndüğünü hesapladılar. Bu kozmik çarpışmanın ürettiği enerjinin kendisi güneşin iki katı kütleye ulaşabilir ve enerjiyi yerçekimi dalgaları şeklinde yayabilir.
Şekil LIGO tarafından keşfedilen kara deliğin kütlesi, daha önce X ışınları tarafından tespit edilenden çok daha büyüktür (resimde mor). LIGO tarafından onaylanan doğrulanmış üç yerçekimi dalgası olayı (GW150914, GW151226, GW170104) ve bir şüpheli yerçekimi dalgası olayı (LVT151012), yıldız kalitesinde çift kara delik sistemi birleştiğinde kütlesinin güneşin kütlesinin en az 20 katı olacağını gösteriyor.
Bu kara delik birleşmesi, Dünya'dan yaklaşık 3 milyar ışıkyılı uzaklıkta gerçekleşti. İnsanlık tarihinde ilk kez tespit edilen GW150914 numaralı yerçekimi dalgasının iki katı uzaklıktır.
Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü'nde kıdemli araştırma bilimcisi ve LIGO ekibinin bir üyesi olan Erik Katsavounidis şunları söyledi: "Bu gerçekten de insanoğlunun bildiği en uzun yıldız kütleli kara deliktir."
Ters simetri
Yeni yerçekimi dalgası sinyali, LIGO'nun önceki iki tespitine benzer. Bu sadece onların kaynağı - ikili kara delik sistemi - aynı zamanda kaynağın genel kalitesidir.
Bununla birlikte, bilim adamları en son sinyalde ilginç bir özellik buldular: En az bir kara deliğin dönüşü, yörüngesel açısal momentumlu (kara deliklerin birbirinin etrafında döndüğü yön) "anti-simetrik" olabilir. Bu fenomen, saat yönünde bir masada saat yönünün tersine dönen bir çay fincanı ile benzerdir.
Şekil LIGO tarafından tespit edilen GW170104 numaralı yerçekimi dalgası olayına göre, birleşen iki kara deliğin yakınında oluşan uzay-zaman eğriliğini simüle etmek için matematiksel yöntemler kullanılır. Mavi kısım, yerçekimi dalgalarının zirvelerini ve çukurlarını temsil eder. Uçuculuk arttıkça renk yavaş yavaş beyaza döner.
Katsavounidis, potansiyelin şaşırtıcı olmasına rağmen, tespit edilebilecek ters simetri belirtilerinin büyük olmadığını vurguladı. Bilim adamları daha fazla anti-simetrik sistem tespit edebilirlerse, bu tür kanıtlar dinamik yakalama adı verilen oluşum senaryosunu destekleyebilir Yıldızlarla dolu kozmik bir ortamda, böyle bir senaryoda kara delikler ayrı ayrı gelişir. Böyle bir ortamda, yalnızca yerçekiminin "dinamik" çekiciliği yoluyla, kara delikler ve çeşitli dönüşler nihayet bir ikili yıldız sisteminde eşleşebilir.
Aslında dinamik yakalama, "ortak zarf evrimi" adı verilen modelin tam tersidir. İkincisi için, ikili kara delik sisteminin evrim süreci tutarlıdır ve dönüş yönü yörüngesel açısal momentum ile uyumludur. Aslında, LIGO ekibi Aralık 2015'teki tespitin en son sinyalin tersi olan yüksek bir hizalı dönüş olasılığına sahip olduğunu tahmin ediyor.
Katsavounidis, "İlk kez ters simetri kanıtı görüyoruz," dedi. "Daha fazla sistem tespit edebilirsek, kara deliklerin oluştuğu ve geliştiği koşulları belirleyebilir ve sonunda birleşik bir ikili kara delik sistemi oluşturabiliriz."
Yanlışlıkla keşif
Bu gözlemde, daha yüksek hassasiyete ve daha uzun algılama aralığına sahip yükseltilmiş LIGO (aLIGO) anahtar rol oynadı. 30 Kasım 2016'da ikinci operasyonunu açtı ve bu yıl Ağustos ayında olması bekleniyor. Son. "GW170104" adlı üçüncü gözlemin uygulanmasına yanıt olarak Katsavounidis, bunda hala belirli bir tesadüfi faktör olduğuna inanıyor.
4 Ocak 2017, 10:11: 58.6 UTC, Hanford, Washington'da, LIGO sondası bir yerçekimi dalgası kaydetti. Üç milisaniye sonra, 3.000 kilometreden daha uzaktaki Louisiana Livingston'da bir dedektör de yerçekimi dalgasını tespit etti. Gözlem süreci sırasında, yerçekimi dalgalarının ilişkisi nedeniyle, iki dedektörün algılama sonuçları, iki dedektör tarafından toplanan verilerde de önemli dalgalanmalara neden olan alternatif genişleme ve daralma gösterdi.
Onlarca saniye içinde, LIGO'nun arama algoritması yerçekimi dalgası sinyalini otomatik olarak analiz etmeye ve daha önce keşfedilen yerçekimi dalgası özellikleriyle karşılaştırmaya başladı.
Katsavounidis, "Almanya'da çok ciddi bir araştırmacı toplanan verileri incelerken, dedektörlerden birinin çok önemli bir sinyal topladığını fark etti. Gerçekler, kararının doğru olduğunu kanıtladı."
Şekil Katsavounidis, Massachusetts Institute of Technology Profesörü ve LIGO Scientist
Araştırmacılar, daha fazla sinyal analizine başlamak için derhal LIGO'nun dedektör çalışmasını ve veri analizi çalışma grubuna bildirimde bulundular. Bilim adamları, sistem kütlesi, dönüş ve yönelim gibi verileri içeren mevcut parametre setini mümkün olduğunca azaltmak için hesaplama araçlarını kullanır. Çalışmanın sonucu, yeni tespit edilen yerçekimi sinyalinin bilinen verilerle yüksek oranda eşleşmesidir.
Bu fenomen için en iyi açıklama şudur: Önceki iki gözlemde olduğu gibi, bu yerçekimi dalgası sinyali de iki kara deliğin birleşmesinden geliyor. Birleşik kara deliğin kütlesi, Güneş'in kütlesinin 49 katına eşittir, ancak yine de LIGO'nun ilk yerçekimi dalgası algılaması "GW150914" te bulunan güneşin 62 katı kütleye sahip olan kara delikten daha düşüktür.
Yerçekimi dalgası dedektörlerinin belirsizliğiyle mücadele
Bu yeni tespit sayesinde, Ekip, Einstein'ın genel görelilik teorisini bir kez daha doğruladı ve kara delikleri birleştirme davranışının Einstein'ın yerçekimi etkileri tahminine uyduğunu gözlemledi.
Katsavounidis, "Bu inanılmaz," dedi. "İster yerçekiminden söz edin, ister yerçekiminin dünyanın bir milyar katı olduğu yerler olsun, genel görelilik bu kütleçekim dalgalarının nasıl oluştuğunu ve nesnelerin yerçekimi altında nasıl çalıştığını hala açıklayabilir."
Ön sinyal analizinin bir parçası olarak, LIGO araştırmacıları, ikili kara delik sisteminin bir alanda konumlandırılabileceğini belirten bir "gökyüzü haritası" üretti. Standart prosedürün bir parçası olarak, LIGO ekibi bu gökyüzü haritalarını, her biri nötrino spektrumunun yanı sıra tüm elektromanyetik spektrumu kapsayan görüntüleme araçlarına erişimi olan yaklaşık 80 astronomi grubuna gönderdi. LIGO'nun evrendeki diğer aşırı olayların işaretlerini aramasına rağmen, Ancak gökbilimciler, kara deliklerin çarpışmasının neden olduğu parıltıyı gözlemlemeyi umarak teleskoplarını GW170104'ün kaynağına doğrultuyorlar.
Şekil LIGO tarafından gözlemlenen üç kara delik birleştirme olayı olan LVT151012, hala belirsiz olan dördüncü olası tespit sonucudur.
Katsavounidis, "Aslında LIGO kulaklarımız gibi davranıyor - bir şeyler duymak istediğimiz de söylenebilir ve sonra gözlerimiz bu sinyali çabucak takip eder." Dedi. "Misyonumuz, yerçekimi dalgası dedektörlerinin belirsizliğine karşı koyabilmek ve algılamayı ışık kaynağıyla mümkün olan en kısa sürede eşleştirebilmek için küresel ölçekte yeni yerçekimi dalgası dedektörleri kurmaktır."
Neyse ki, yerçekimi dalgaları arayışı yakında yeni bir kulak setine sahip olacak - İtalya, Pisa yakınlarında bulunan "Başak" (Başak) detektörü. Bu yaz çevrimiçi olması ve LIGO ile eşleştirilmesi bekleniyor.
California Institute of Technology'de profesör ve LIGO laboratuvarının yönetici direktörü David Reitze şunları söyledi: Üçüncü çift kara delik birleşme yerçekimi dalgası olayının onaylanmasıyla LIGO, evrenin karanlık tarafını gözlemlemek için güçlü bir araç haline geldi. Gelecekte, yerçekimine ek olarak LIGO'nun da kullanılacağını umuyoruz. Dalga gözlemi, iki nötron yıldızının şiddetli çarpışması gibi daha fazla astrofizik olayını gözlemlemek için de kullanılabilir. "
Katsavounidis şunları söyledi: "Nadir şeyler alanını aramak açısından tereddüt ediyordum, sadece bir başarılı test zafer ilan edilebilir. Ama şimdi söyleyebileceğim şey, ikinci testten sonra çoktan uyuyabiliyorum. Sakin hisset, Bugünün üçüncü teftişi, evrendeki kara deliklerin kütle spektrumlarını gözlemlemek için nihai araç olarak LIGO ve LIGO'nun gözlemlerinin temelini başarıyla attı. "
