Gelombang gravitasi terdaftar untuk ketiga kalinya: apa yang bisa kita pelajari tentang Semesta?

Hari ini, kolaborasi internasional LIGO-Virgo mengumumkan pendaftaran gelombang gravitasi untuk ketiga kalinya dalam sejarah. Sumbernya, seperti pada dua kali sebelumnya , adalah sepasang lubang hitam. Sebuah artikel tentang Physical Review Letters diterbitkan pada hasil penelitian.

Tentang sinyal GW170104

Sejak deteksi pertama dan siklus ilmiah pertama, sensitivitas detektor telah meningkat, dan kebisingan teknis telah menurun, yang memungkinkan untuk mendapatkan data berkualitas lebih tinggi.

Selama siklus kerja kedua LIGO observatory Advanced, sinyal terdeteksi yang disebabkan oleh gelombang gravitasi dengan keandalan tinggi - sinyal ini mungkin keliru muncul setiap 70.000 tahun pengamatan konstan (rasio signal-to-noise 13 dan keyakinan lebih besar dari 5σ).



Lubang hitam dengan massa ~ 20 dan 30 matahari bergabung menjadi satu besar, sementara memancarkan gelombang gravitasi dengan total energi sekitar dua massa matahari. Proses merger memakan waktu kurang dari satu detik, dan pada saat merger, lubang hitam dipercepat hingga 60% dari kecepatan cahaya!

Sinyal mencapai kami selama beberapa miliar tahun (sumber pada jarak sekitar 1000MPc), dan telah didaftarkan oleh dua detektor LIGO di AS pada 4 Januari 2017

Pengetahuan apa yang kita dapatkan tentang alam semesta?

Dalam artikel sebelumnya saya berbicara tentang bagaimana kita tahu bahwa sinyal itu benar-benar gelombang gravitasi, dan tentang rencana pengembangan astronomi gelombang gravitasi. Kali ini kita akan berbicara tentang mengapa kita membutuhkan detektor ini sama sekali, dan bahwa kita dapat mempelajari hal-hal baru tentang Semesta.

Kecepatan gravitasi

UPD: mengoreksi perkiraan kecepatan dan menambahkan metode perhitungan.

Pertanyaan paling umum tentang gelombang gravitasi adalah kecepatan rambatnya. Dalam General Theory of Relativity (GR), kecepatan ini sama dengan kecepatan cahaya. Eksperimen LIGO mengonfirmasi hal ini dengan sangat akurat: gelombang gravitasi tiba di dua detektor LIGO yang terletak di berbagai bagian Amerika Serikat pada jarak beberapa ribu kilometer, dengan beberapa penundaan, dan mengetahui jarak antara detektor dan penundaan ini, kita dapat memperkirakan kecepatan propagasi. Dan hingga tempat desimal kesebelas, kecepatan ini sama dengan kecepatan cahaya.

Tes GTR

Dalam pengertian yang lebih umum, kita dapat memeriksa bagaimana model lubang hitam kami cocok dengan data eksperimen. Sejauh ini, semuanya sama:


Meskipun hanya beberapa parameter yang cukup untuk menggambarkan sepasang lubang hitam, solusi analitik persamaan Einstein untuk fusi mereka secara praktis tidak mungkin. Karena itu, para ilmuwan menggunakan perhitungan numerik untuk mendapatkan model nyata. Dan di mana ada perhitungan numerik, ada segala macam perkiraan, jadi kebetulan dari model yang diperoleh dengan eksperimen sangat penting - ini memungkinkan kita untuk mengatakan seberapa benar ide kita tentang GR.

Tentu saja, memeriksa semua jenis modifikasi relativitas umum adalah mungkin. Beberapa dari mereka mungkin sudah dikecualikan - misalnya, mereka membutuhkan dispersi GW atau kelebihan kecepatan cahaya. Yang lain sedang menunggu peningkatan sensitivitas detektor untuk verifikasi.
Dan yang ketiga, seperti memori ruang tentang gelombang , dapat diperiksa sekarang.
Secara umum, waktu yang menyenangkan bagi ahli astrofisika!

Munculnya bintang

Dari parameter lubang hitam Anda bisa mendapatkan banyak informasi tentang ruang dan pembentukan alam semesta. Pertama, pengamatan gelombang gravitasi adalah bukti pertama keberadaan lubang hitam berpasangan. Kedua, massa lubang hitam ini luar biasa besar - tidak ada yang menduga bahwa lubang hitam berpasangan dari massa semacam itu sangat umum.

Kesimpulan menarik dapat ditarik tentang usia sistem BH. Semakin cepat sebuah bintang terbentuk dari awal Semesta, semakin sedikit substansi dari bintang sebelumnya di dalamnya - semakin rendah kandungan logamnya. Di sisi lain, massa BH bergantung pada jumlah logam di dalamnya, oleh karena itu, berdasarkan massa BH yang diukur, orang dapat mengatakan seberapa muda bintang-bintang tempat mereka terbentuk. Kesimpulan yang aneh berikut dari ini bahwa pasangan BH dapat membentuk baik di gugus bintang (jika lingkungan cukup muda), dan dalam isolasi, yang sebelumnya tidak diketahui. Mengamati parameter BH, kita dapat mengatakan bagaimana lubang ini terbentuk - dalam isolasi atau tidak.

Pengamatan lebih lanjut dari parameter BH, seperti momen orbital, dapat memberikan pemahaman lebih dalam proses kosmologis.

Selama tahun lalu, LIGO telah mencatat tiga peristiwa penting, dan dengan peningkatan sensitivitas detektor dalam siklus ilmiah berikutnya, jumlah peristiwa semacam itu akan meningkat, memberi kita semakin banyak pengetahuan tentang Alam Semesta.

Materi dan tautan tambahan

1. Apa itu gelombang gravitasi?


2. Ada banyak materi menarik di situs web resmi LIGO : ada semua jenis video dan artikel.
3. Bergabunglah dengan pencarian populer untuk gelombang gravitasi melalui komputasi terdistribusi di Einstein @ Home .
4. Dan kolaborasi ini memiliki semua jenis media, di mana materi yang menarik terus diterbitkan: Twitter , Facebook dan Youtube .