Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

To się zdarza raz na 80 000 lat. Potwierdzono niezwykłe odkrycie

Recommended Posts

Naukowcy pracujący przy instrumentach LIGO i VIRGO potwierdzili odkrycie, o którym informowaliśmy w sierpniu – po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować fale grawitacyjne oraz emisję światła pochodzące ze zderzenia gwiazd neutronowych.

Gdy wspomniane gwiazdy krążyły wokół siebie doszło do emisji fal grawitacyjnych, które obserwowano przez około 100 sekund. Gdy gwiazdy się zderzyły, rozbłysk światła był widziany z Ziemi po około 2 sekundach od zarejestrowania fal grawitacyjnych. W ciągu dni i tygodni następujących po zderzeniu obserwowano inne rodzaje emisji, w tym emisję w zakresach ultrafioletu, podczerwieni, światło widzialne, fale radiowe i promieniowanie rentgenowskie.

Obserwacje zderzenia gwiazd neutronowych były też niepowtarzalną okazją do przeprowadzenia wielu badań. Na przykład dzięki teleskopom Gemini Obserwatory, Hubble'a i European Very Large Telescope naukowcy dowiedzieli się, że podczas kolizji doszło do syntezy wielu materiałów, w tym złota i platyny. To z kolei pozwoliło na rozwiązanie zagadki pochodzenia pierwiastków cięższych od żelaza.

Możliwość obserwowania rzadkiego wydarzenia zmieniającego nasze rozumienie działania wszechświata jest niezwykle ekscytująca. Dzięki temu wielu specjalistów mogło w końcu osiągnąć postawione sobie cele badawcze i jednocześnie obserwować zjawisko zarówno w formie tradycyjnej jak i fal grawitacyjnych, mówi France A. Cordova, dyrektor National Science Foundation.

Sygnał grawitacyjny GW170817 wykryto po raz pierwszy 17 sierpnia bieżącego roku. Zauważono go w bliźniaczych detektorach LIGO umiejscowionych w Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w Luizjanie. Informacje z detektora Virgo z okolic PIzy pozwoliły na ściślejsze określenie źródła sygnału. Mniej więcej w tym samym czasie gdy sygnał został wykryty w jednym z detektorów LIGO teleskop kosmiczny Fermi zarejestrował rozbłysk gamma. Analizy przeprowadzone przy użyciu oprogramowania LIGO-Virgo wykazały, że jest mało prawdopodobne, by sygnały pochodziły z różnych źródeł. Kolejna analiza pokazała, że i drugi z detektorów LIGO zarejestrował wspomniany sygnał. O zjawisku poinformowano ośrodki naukowe na całym świecie, dzięki czemu można było skierować teleskopy w odpowiednie miejsce.

Dane z LIGO pokazały, że w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi znajdują się dwa krążące wokół siebie obiekty. Masę obu obiektów oszacowano na 1,1-1,6 masy Słońca, co wskazywało, że nie są to czarne dziury, a gwiazdy neutronowe. To było niezwykle cenne odkrycie, gdyż wcześniej rejestrowano wyłącznie fale grawitacyjne pochodzące z czarnych dziur. Taki sygnał trwa ułamki sekund. Tymczasem sygnał z gwiazd neutronowych nie tylko rejestrowano przez 100 sekund, ale też był on obecny we wszystkich częstotliwościach pracy LIGO. Przeprowadzone przez nas analizy wykazały, że błędny sygnał o takiej sile może się zdarzyć rzadziej niż raz na 80 000 lat, mówi Laura Cadonati, profesor fizyki na Georgia Tech. To odkrycie otwiera nowe możliwości przed astrofizyką. Zostanie ono zapamiętane jako jedno z najintensywniej badanych zjawisk astrofizycznych w dziejach, dodaje uczona.

Odkrycie rozwiązało kilka zagadek, na przykład pozwoliło stwierdzić, że krótkotrwałe rozbłyski gamma rzeczywiście mają związek z łączeniem się gwiazd neutronowych, ale pojawiły się też nowe pytania. Na przykład źródło rozbłysku gamma znajdowało się wyjątkowo blisko Ziemi, jednak sam rozbłysk był zadziwiająco słaby jak na tę odległość. Naukowcy już pracują nad modelami wyjaśniającymi, dlaczego tak się stało.

Mimo, że amerykański LIGO jako pierwszy odkrył sygnał, to europejski Virgo odegrał kluczową rolę w badaniach. Jego orientacja względem źródła sygnału w momencie jego zarejestrowania dostarczyła danych, które po połączeniu z danymi z LIGO pozwoliły na precyzyjne zlokalizowanie źródła sygnału. To najdokładniej zlokalizowane ze wszystkich dotychczas odkrytych źródeł fal grawitacyjnych. Tak duża precyzja położenia źródła pozwoliła na przeprowadzenie wielu przełomowych badań, stwierdził Jo van den Brand z Narodowego Holenderskiego Instytutu Fizyki Subatomowej, rzecznik projektu Virgo. To wspaniały przykład efektywności pracy zespołowej, pokazujący jak ważna jest koordynacja i współpraca naukowa, dodaje dyrektor Federico Ferrini z European Gravitational Observatory.

Przed mniej więcej 130 milionami lat dwie gwiazdy neutronowe krążyły wokół siebie w odległości około 300 kilometrów, a im bliżej siebie były, tym większą miały prędkość. Gwiazdy zaburzały czasoprzestrzeń, emitując fale grawitacyjne. W momencie zderzenia połączyły się w jeden ultragęsty obiekt emitując promieniowanie gamma. Teraz pomiary fal grawitacyjnych i promieniowania gamma potwierdziły ogólną teorię względności, która przewiduje, że fale grawitacyjne powinny poruszać się z prędkością światła. Przez najbliższe tygodnie i miesiące teleskopy z całego świata będą obserwowały i badały to, co pozostało ze zderzenia obu gwiazd.

Gdy planowaliśmy LIGO pod koniec lat 80. ubiegłego wieku, wiedzieliśmy, że będziemy potrzebowali całej międzynarodowej sieci obserwatoriów fal grawitacyjnych, w tym obserwatoriów znajdujących się w Europie. Dopiero taka sieć pozwoli na zlokalizowanie źródła fal grawitacyjnych, dzięki czemu można je będzie obserwować za pomocą teleskopów optycznych. Teraz możemy potwierdzić, że sieć obserwatoriów wspaniale działa i wraz z teleskopami optycznymi zapowiada nową erę w astronomii. A będzie jeszcze lepiej, gdyż planowane są obserwatoria w Indiach i Japonii, mówi Fred Raab, odpowiedzialny w LIGO za obserwacje.

LIGO zostało sfinansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki (NSF), a zarządzają nim specjaliści z California Institute of Technology i MIT. Rozbudowa detektora do Advanced LIGO została również sfinansowana przez NSF, ale zyskała też wsparcie finansowe ze niemieckiego Towarzystwa im. Maxa Plancka, brytyjskiego Science and Technology Facilities Council oraz Australian Research Council. W pracach LIGO Scientific Collaboration bierze udział ponad 1200 naukowców z około 100 instytucji z całego świata.

Z kolei w prace Virgo zaangażowanych jest ponad 280 naukowców z 20 europejskich instytucji badawczych m.in. z Francji, Włoch, Holandii, Węgier, Polski i Hiszpanii. Detektor Virgo znajduje się w Pizie w European Gravitational Observatory, które jest finansowane ze środków francuskich, włoskich i holenderskich.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gdy gwiazdy się zderzyły, rozbłysk światła był widziany z Ziemi po około 2 sekundach od zarejestrowania fal grawitacyjnych.

To był na pewno rozbłysk światła, a nie gamma? Ja czytałem gdzieś, że po dwóch sekundach dotarł do nas rozbłysk gamma.

teleskop kosmiczny Fermi zarejestrował rozbłysk gamma

Otóż to. Co pozwoliło na jeszcze dokładniejsze zlokalizowanie zdarzenia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wydaje mi się że gwiazdy neutronowe są jednolite i przy rozgrywaniu/łączeniu ich nie ma otoczki która mogłaby zatrzymać i spowolnić emisję dłuższych fal(jak przy supernowych). Więc równo startuje podczerwień,gamma i cała reszta i jednocześnie dociera do Ziemi.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Też jestem przekonany, że start emisji wszystkich fal następuje niemal w tym samym momencie, ale rozchodzą się z różną prędkością. Próżnia kosmiczna nie jest czystą próżnią i takie światło dociera do Ziemi z opóźnieniem - w tym przypadku było to aż prawie dwa miesiące. Zastanawiam się, czy z tego opóźnienia nie dałoby się wyliczyć średniej gęstości kosmicznej, międzygalaktycznej "atmosfery".

Edited by Sławko

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ehh...

Emisja gamma to też światło, ale daleko poza zakresem światła widzialnego.

Spowolnienie światła w przestrzeni kosmicznej jest znikome, a nawet jeśli by następowało to ostatnim promieniowaniem, które by do nas dotarło byłoby promieniowanie gamma, bo ono, jako że ma największą energię, jest najbardziej podatne na spowolnienie w ośrodku (tak jak niebieskie światło bardziej zwalnia od czerwonego w pryzmacie), a jednak to promieniowanie gamma dotarło jako pierwsze.

@@Sławko, nie wiem skąd Ci się wzięły 2 miesiące, jak w artykule jest mowa o 2 sekundach.

 

Swoją drogą światło o różnych częstotliwościach nie jest emitowane jednocześnie podczas takich zdarzeń. Najwięcej energii wyzwala się na samym początku i wtedy idzie gamma. Potem jest promieniowanie powstałe podczas stabilizacji nowo-powstałego obiektu i ono ma już mniejszą energię. Do tego dochodzi promieniowanie wtórne z podgrzania okolicznych gazów, a może nawet samej materii wyrzuconej podczas zderzenia, co pojawia się pewnie jeszcze później.

To nie było zderzenie 2 kulek plasteliny, a zdarzenie, które miało wiele odrębnych etapów, którym z kolei towarzyszyły różne emisje. Zresztą nawet zderzenie 2 kulek plasteliny nie jest aż tak proste...

Share this post


Link to post
Share on other sites

"Przeprowadzone przez nas analizy wykazały, że sygnał o takiej sile ma miejsce raz na 80 000 lat"

Gdzie? Na Ziemi? We Wszechświecie?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Byłoby to dość niezwykłe że zjawisko zachodzące raz na 80 000 lat akurat mamy szczęście obserwować, przypadkowo akurat tuż po zbudowaniu narzędzi które mogą je zaobserwować.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Bo to wszystko jest spisek. Tak jak huragany są wytwarzane przez ludzi (nie pamiętam już po co), tak i gwiazdy neutronowe są celowo zderzane aby pokazać jak genialne narzędzie tworzymy i żeby dało się wyciągnąć kolejną kasę na "badania". A poza tym, to Ziemia jest płaska i to co widzimy nad nami to projekcja wyświetlana na wielkim półkulistym ekranie LCD.

 

Edit:

a tak bardziej serio, to też mnie to dziwi... Coś musi być nie tak z tymi szacunkami, albo wzięli zbyt wąski przedział dla "sygnału o TAKIEJ sile", bo co miesiąc powinny być sygnały o większej lub mniejszej sile...

Edited by pogo

Share this post


Link to post
Share on other sites

GW170817_Factsheet.jpg?1508114118

 

To ze strony LIGO (https://www.ligo.caltech.edu/page/press-release-gw170817).

Wynikałoby z tego, że < 1:80000 l. to pdp błędu - odpowiednik nsigma. Podane jest to zaraz po "signal-to-noise".

To samo zresztą wynika z tego fragmentu:

“Our background analysis showed an event of this strength happens less than once in 80,000 years by random coincidence, so we recognized this right away as a very confident detection and a remarkably nearby source,” adds Laura Cadonati, professor of physics at Georgia Tech and deputy spokesperson for the LIGO Scientific Collaboration.

 

Czyli luzik... czekamy na następne ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

 

Przeprowadzone przez nas analizy wykazały, że sygnał o takiej sile ma miejsce raz na 80 000 lat

Czyli tak jakby przeciwnie do tego zdania :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

No jakby... ;)

Ale gdyby przed "sygnał" wsadzić "przypadkowy" lub "błędny", i przed "raz" "mniej niż", to by było mniej więcej ok. :)

A gdyby jeszcze zamienić "ma miejsce" na "może się zdarzyć", to by było już całkiem ok. ;)

Edited by ex nihilo

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jedno co jest fajne to że za naszego życia pojawiły się te "grawitacyjne teleskopy" :) można by je nazwać "graskopy"

Więc odkryć w tej dziedzinie w najbliższych latach brakować nie będzie.

Kto wie czy to nie pociągnie za sobą rewolucji odnośnie naszej wiedzy o Wszechświecie.

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

Albo "grawiskopy" lub "grawitoskopy".

Najważniejsze w tym chyba jest potwierdzenie założeń teoretycznych.

Co dalej? Toto działa praktycznie na granicy teoretycznych możliwości pomiarowych, czyli raczej rejestrowane będą zdarzenia podobne do dotychczasowych jeśli chodzi o skalę, odległość itd. Tą granicę trudno chyba będzie przeskoczyć o rzędy wielkości. Czyli jakichś superrewelacji i  rewolucji się raczej nie spodziewam. Ale... jak zwykle - cholera wie i nadzieję można mieć :D

Edited by ex nihilo

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak, znam to. Ale to raczej też nie da rzędów wielkości. Tu już zaczynają działać ograniczenia czysto fizyczne, a nie tylko techniczne.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ale da inny zakres. Wystarczy do łapania fal z bliższej okolicy ale przy innego rodzaju wydarzeniach, innych masach.

Ja tam stawiam że nagle ilość wykrywanych fal gwałtownie wzrośnie. A wraz z nią nasza wiedza.

Może kiedyś uda nam się wysłać sondy daleko na odległą orbitę Słońca i osiągnąć grawitoskopy o wielkościach rzędu biliona km :)

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teleskop Webba zarejestrował pierwsze fotony. Z powodzeniem przebyły one całą drogę przez układ optyczny i trafiły do NIRCam. To jedno z najważniejszych osiągnięć zaplanowanego na trzy miesiące etapu dostrajania teleskopu. Dotychczas uzyskane wyniki odpowiadają oczekiwaniom i naziemnym symulacjom.
      NIRCam to działająca w podczerwieni kamera, rejestrująca fale o długości od 0,6 do 5 mikrometrów. To ona zarejestruje światło z pierwszych gwiazd i galaktyk, pokaże gwiazdy w pobliskich galaktykach, młode gwiazdy w Drodze Mlecznej oraz obiekty w Pasie Kuipera. Wyposażono ją w koronografy, instrumenty pozwalające na fotografowanie bardzo słabo świecących obiektów znajdujących się wokół obiektów znacznie jaśniejszych. Koronografy blokują światło jasnego obiektu, uwidaczniając obiekty słabo świecące. Dzięki nim astronomowie chcą dokładnie obserwować planety krążące wokół pobliskich gwiazd i poznać ich charakterystyki. NIRCam wyposażono w dziesięć czujników rtęciowo-kadmowo-telurkowych, które są odpowiednikami matryc CCD ze znanych nam aparatów cyfrowych. To właśnie NIRCam jest wykorzystywana do odpowiedniego ustawienia zwierciadła webba.
      Żeby zwierciadło główne teleskopu działało jak pojedyncze lustro trzeba niezwykle precyzyjnie ustawić względem siebie wszystkie 18 tworzących je segmentów. Muszę one do siebie pasować z dokładnością do ułamka długości fali światła, w przybliżeniu będzie to ok. 50 nanometrów.
      Teraz, gdy zwierciadło jest rozłożone, a instrumenty włączone, rozpoczęliśmy wieloetapowy proces przygotowywania i kalibrowania teleskopu. Będzie on trwał znacznie dłużej niż w przypadku innych teleskopów kosmicznych, gdyż zwierciadło główne Webba składa się z 18 segmentów, które muszą działać jak jedna wielka powierzchnia, wyjaśniają eksperci z NASA.
      Najpierw trzeba ustawić teleskop względem jego platformy nośnej. Wykorzystuje się w tym celu specjalne systemy śledzenia gwiazd. Obecnie położenie platformy nośnej i segmentów lustra względem gwiazd nie jest ze sobą zgodne. Dlatego też wybrano jedną gwiazdę, jest nią HD 84406, względem której całość będzie ustawiana.
      Każdy z 18 segmentów zwierciadła rejestruje obraz tej gwiazdy, a jako że są one w różny sposób ustawione, na Ziemię trafią różne niewyraźne obrazy. Obsługa naziemna będzie następnie poruszała każdym z segmentów z osobna, by określić, który z nich zarejestrował który z obrazów. Gdy już to będzie wiadomo, segmenty będą obracane tak, by wszystkie z uzyskanych obrazów miały podobny wspólny punkt. Stworzona w ten sposób „macierz obrazów” zostanie szczegółowo przeanalizowana.
      Wówczas rozpocznie się drugi etap ustawiania zwierciadła, w ramach którego zredukowane zostaną największe błędy ustawienia. Najpierw obsługa poruszy nieco zwierciadłem wtórnym, co dodatkowo zdeformuje obrazy uzyskiwane z poszczególnych segmentów. Dzięki temu możliwe będzie przeprowadzenie analizy matematycznej, która precyzyjnie określi błędy w ułożeniu każdego z segmentów. Po skorygowaniu tych błędów otrzymamy 18 dobrze skorygowanych ostrych obrazów.
      W kolejnym etapie położenie każdego z segmentów lustra będzie zmieniane tak, by generowany przezeń obraz trafił dokładnie do środka pola widzenia teleskopu. Każdy z 18 segmentów został przypisany do jednej z trzech grup (oznaczonych jako A, B i C), więc ten etap prac będzie wykonywany w grupach.
      Po zakończeniu trzeciego etapu będziemy już mieli jeden obraz, jednak będzie to nadal obraz uzyskany tak, jakbyśmy nałożyli na siebie obrazy z 18 różnych teleskopów. Zwierciadło główne wciąż nie będzie działało jak jedno lustro. Rozpocznie się, przeprowadzany trzykrotnie, etap (Coarse Phasing) korygowania ustawienia segmentów lustra względem siebie. Po każdej z trzech części tego etapu ustawienia będą sprawdzane i korygowane za pomocą specjalnych elementów optycznych znajdujących się wewnątrz NIRCam (Fine Phasing). W jego trakcie obraz z poszczególnych zwierciadeł celowo będzie ustawiany poza ogniskową i prowadzone będą analizy zniekształceń. Ten ostatni proces superprecyzyjnej korekty ustawień będzie zresztą przeprowadzany rutynowo podczas całej pracy Webba.
      Gdy już teleskop zostanie odpowiednio ustawiony, rozpocznie się etap dostrajania pozostałych trzech instrumentów naukowych. Wyłapane zostaną ewentualne błędy i niedociągnięcia, a specjalny algorytm pokaże, jakich poprawek trzeba dokonać. W końcu, w ostatnim etapie prac, obsługa naziemna osobno sprawdzi jakość obrazu uzyskiwanego dzięki każdemu z segmentów zwierciadła głównego i usunie ewentualne błędy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na podstawie najnowszych wyników badań z obserwatoriów fal grawitacyjnych LIGO/Virgo, naukowcy przeprowadzili testy Ogólnej Teorii Względności (OTW). Zgodność teorii Einsteina z danymi obserwacyjnymi testowano dziewięcioma różnymi metodami. Żadnych niezgodności nie stwierdzono. W badaniach brali udział polscy naukowcy z grupy Polgraw, w tym uczeni z NCBJ.
      Ogólna Teoria Względności zaproponowana ponad 100 lat temu przez Alberta Einsteina jest obecnie powszechnie przyjętą teorią grawitacji. Jest ona niezwykle elegancka i koncepcyjnie w zasadzie prosta, choć obliczenia wykonywane na jej podstawie do prostych nie należą. Teoria prawidłowo opisuje poznane zjawiska astronomiczne napędzane przez grawitację, a także jest podstawą do budowy scenariuszy kosmologicznych. W miarę postępu badań i obserwacji, w miarę gromadzenia coraz większych, coraz dokładniejszych i coraz lepiej uporządkowanych zbiorów danych, obszar dostępnych nam zjawisk stale się poszerza. W nauce żadnej teorii nie traktujemy jako dogmatu – tłumaczy prof. Marek Biesiada z Zakładu Astrofizyki NCBJ. Dlatego teorie poddajemy testom, stale sprawdzając ich przewidywania. Jak dotąd OTW została potwierdzona bardzo precyzyjnymi obserwacjami w Układzie Słonecznym i w układach podwójnych pulsarów. Fale grawitacyjne emitowane przez zlewające się czarne dziury dostarczają kolejnej możliwości testowania teorii względności. Jest to reżim silnie zakrzywionych czasoprzestrzeni, wcześniej słabo dostępny testowaniu.
      Są przynajmniej dwie przesłanki nakazujące nam sprawdzać, czy OTW wymaga modyfikacji lub zastąpienia nową teorią. Pierwszą z nich są problemy kosmologiczne znane jako ciemna materia i ciemna energia. Problem ciemnej materii polega na tym, że galaktyki i ich gromady przyciągają silniej niż powinny, gdyby uwzględnić całą znaną nam materię. Problem ciemnej energii to fakt, że Wszechświat przyspiesza swą ekspansję, zamiast zwalniać, jak wydaje się przewidywać OTW. Chociaż robocze nazwy ciemna materia i ciemna energia sugerują odpowiedź w postaci nieznanych składników materialnych, pozostaje możliwość, że OTW wymaga modyfikacji. Drugą przesłanką jest wynikająca z OTW konieczność występowania osobliwości, czyli obszarów, gdzie kończą się historie wszystkich cząstek i fotonów. Wydaje się, że problem ten jest związany z kwantową teorią grawitacji, której nie udało się stworzyć w zadowalającej wszystkich postaci. Tu również fale grawitacyjne emitowane przez zlewające się czarne dziury mogą dostarczyć nam wskazówek.
      Współprace badawcze LIGO i Virgo opublikowały w tym tygodniu podsumowanie analiz zebranych przez nie danych pod kątem ich zgodności z przewidywaniami OTW. Analizy zebrano w 9 głównych grup stanowiących testy teorii.
      Pierwszy test dotyczył zgodności rejestrowanego sygnału bazowego (szumu) ze znanym z testów laboratoryjnych szumem detektora. Z OTW wiemy jak sygnał od dwóch zwartych obiektów powinien wyglądać w detektorach fal grawitacyjnych. Jednak to, czym posługujemy się do opisu sygnału jest teorią – jak cała nauka jest pewnym przybliżeniem, najlepszym jakie mamy, opisującym świat, dopóki nie znajdziemy lepszego. Jeśli OTW nie opisywałaby dostatecznie dobrze takich sygnałów to mielibyśmy przewidywanie teoretyczne plus dodatkowy komponent, który wynika z nieuwzględnionych efektów. Aby zobaczyć, czy taki dodatkowy komponent jest obecny, trzeba było sprawdzić, czy po odjęciu przewidywanego sygnału reszta będzie miała charakterystykę normalnego szumu w detektorze. Przeprowadzony test potwierdził słuszność OTW.
      Przeprowadzono też test zgodności przebiegu (kształtu) fal przed i po zlaniu się dwóch obiektów. Źródłami fal grawitacyjnych, które obserwujemy są układy: dwóch gwiazd neutronowych; dwóch czarnych dziur; układ czarna dziura – gwiazda neutronowa. Zdarzenie zlania się tych obiektów następuje w 3 głównych fazach: moment tuż przed zderzeniem, moment zlania się oraz faza stabilizacji. OTW przewiduje, że fazy sprzed zderzenia oraz po powinny generować podobne fale. Przewidywania OTW są zgodne z obserwacjami dla analizowanej próbki. Kolejne dwa testy dotyczyły zachowania się obiektów w pierwszej fazie zlewania, gdy ciała niebieskie okrążają się wzajemnie.
      Wzajemne okrążanie zwartych obiektów, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe, zbliżających się do siebie dzięki utracie energii emitowanej w postaci fal grawitacyjnych, można przybliżyć przez powolny ruch w przybliżeniu słabego pola – nazywa się to post-Newtonowskim przybliżeniem OTW. Podejście to opisane jest kilkoma parametrami, których określenie na tej podstawie można porównać z parametrami otrzymanymi przez OTW. Najnowsze obserwacje wraz z już istniejącymi, pozwalają bardzo dobrze określić ograniczenia wartości tych parametrów. Wyniki te są statystycznie spójne z przewidywaniami OTW.
      Pierwsza faza, przed zlaniem się obiektów, pozwala również na sprawdzenie, czy obserwowany sygnał jest zgodny z przewidywaniami zlania się dwóch rotujących czarnych dziur (czarnych dziur Kerra). Jeśli któryś ze składników (lub oba) będzie rotował – powstały obiekt będzie spłaszczony na biegunach i poszerzony na równiku. Naukowcy są w stanie wyłuskać tę informację z danych obserwacyjnych, dzięki czemu można ustalić, że źródłem fal grawitacyjnych nie są żadne egzotyczne, nieprzewidziane przez OTW, obiekty.
      Podobne podejście zastosowano do określenia parametrów zdarzenia w trakcie i po zlaniu się obiektów. Czas trwania zlewania się i stabilizacji nowego obiektu jest dużo krótszy od fazy zbliżania się, więc obserwowany sygnał jest dużo silniejszy od widocznego szumu. Oszacowane na tej podstawie parametry dają wartości statystycznie zgodne z przewidywaniami OTW.
      Kolejnym jest test propagacji fal grawitacyjnych. Według przewidywań OTW fale grawitacyjne nie podlegają dyspersji, czyli prędkość ich rozchodzenia się nie zależy od ich częstotliwości. OTW można zmodyfikować w taki sposób, by własność ta nie była zachowana. W takiej sytuacji fale pochodzące bezpośrednio ze zlania się obiektów, o wyższej częstotliwości, dotarłyby do obserwatora szybciej, niż fale o mniejszej częstotliwości – pochodzące z fazy początkowej. Nie znaleziono dowodów dyspersji fal grawitacyjnych, co jest zgodne z przewidywaniami OTW.
      Brak zaobserwowanej dyspersji umożliwia nam ograniczenie modeli fizyki cząstek, które zakładają, że grawitony cząstki odpowiadające za oddziaływania grawitacyjne - mają masę (tak zwany model ciężkich grawitonów). W ramach OTW grawitony powinny być bezmasowe i podróżować z prędkością światła. Modele ciężkich grawitonów przewidują jednak istnienie dyspersji w pewnym stopniu, więc obserwacje mogą dać ograniczenie na masę grawitonów. W tych badaniach określono masę grawitonów (o ile ją posiadają) na poniżej 1.3*10-23 eV/c2.
      Ósmy test dotyczy polaryzacji fal grawitacyjnych. W ramach OTW fale grawitacyjne mogą mieć jedynie dwa typy polaryzacji: typu plusa lub typu X. Bardziej ogólna teoria może prowadzić do nawet sześciu unikatowych typów polaryzacji fal. Przeanalizowano dane obu detektorów LIGO oraz detektora Virgo pod kątem polaryzacji, których OTW nie uwzględnia. Testy nie wykazały możliwości istnienia innych polaryzacji niż przewidywanych przez OTW.
      Istnieją alternatywne teorie względem istnienia czarnych dziur. Obiekty takie, nazywane są mimikami czarnych dziur ze względu na to, że mają podobne parametry jak czarne dziury, jednak nie są nimi w sensie OTW. Jedną z najbardziej charakterystycznych cech czarnych dziur jest horyzont zdarzeń, czyli obszar, z którego nic nie jest w stanie uciec - nawet światło. W przypadku mimików, powierzchnia taka miałaby albo częściową, albo pełną refleksyjność, co wywołałoby pewnego rodzaju echo w sygnale z trzeciej fazy zlewania się obiektów. Analizy nie wykazały istnienia tego typu ech, co jest zgodne z przewidywaniami OTW.
      Stawiając się w pozycji przeciwników OTW, naukowcy przeprowadzili 9 testów, które mogłyby wykazać błędność Ogólnej Teorii Względności. Dowodów niezgodności nie znaleziono. Testy z całą pewnością będą kontynuowane, bo taka jest istota badań naukowych. Wszelkie niezgodności jakie ewentualnie wystąpią między obserwacjami, a przewidywaniami OTW, mogą w przyszłości zaowocować poznaniem nowych zjawisk.
      Nie są to wszystkie testy jakim można poddać teorię grawitacji dzięki badaniu fal grawitacyjnych – wyjaśnia dr Adam Zadrożny z Zakładu Astrofizyki NCBJ, członek polskiej grupy badawczej Polgraw. Bardzo ciekawym przykładem był pomiar stałej Hubble’a dla obserwacji fal grawitacyjnych GW170817 i rozbłysku optycznego AT 2017gfo, które były wynikiem tego samego zdarzenia. Zostało to opisane w czasopiśmie Nature w 2017 roku (vol. 551, p. 85–88). Pomiar stałej Hubble’a wykonany przy użyciu danych z detektorów fal grawitacyjnych był zgodny z wynikami uzyskanymi innymi metodami. Warto też dodać, że prof. Andrzej Królak (IM PAN i NCBJ) razem z prof. Bernardem F. Schutzem (Cardiff University) w pracach w latach 80-tych dali postawy wielu metodom analizy danych z detektorów interferometrycznych takich jak LIGO i Virgo.
      Polska od 2008 roku jest częścią projektu Virgo. Polscy uczestnicy projektu tworzą grupę Polgraw, której przewodzi prof. Andrzej Królak (IM PAN, NCBJ). Grupa bierze udział zarówno w badaniach naukowych konsorcjum LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) jak i w konstrukcji detektora Virgo. Wśród badań naukowych prowadzonych przez grupę Polgraw, w ramach LVK, są między innymi analiza danych, rozwijanie metod statystycznych, modelowanie źródeł fal grawitacyjnych oraz analizy emisji fal elektromagnetycznych towarzyszących emisji fal grawitacyjnych. W skład grupy Polgraw wchodzi 12 instytucji w tym Instytut Matematyczny PAN, CAMK (Warszawa), Obserwatorium Astronomiczne UW, Uniwersytet Zielonogórski, Uniwersytet w Białymstoku, NCBJ, Uniwersytet Wrocławski, CAMK (Toruń), Obserwatorium Astronomczne UJ, AGH, ACK Cyfronet AGH, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. W skład konsorcjum LVK wchodzą ze strony NCBJ prof. Andrzej Królak, dr Orest Dorosh, dr Adam Zadrożny i mgr Margherita Grespan. Prace prowadzone w NCBJ dotyczą metod detekcji sygnałów pochodzących od rotujących gwiazd neutronowych, infrastruktury umożliwiającej szybką detekcję sygnałów grawitacyjnych oraz nowych metod analizy i lokalizacji sygnału opartych o sieci neuronowe.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of Central Florida powstał pierwszy w historii oscyloskop optyczny. Urządzenie może zrewolucjonizować technologie komunikacyjne, od smartfonów po internet. Skonstruowane na UCF urządzenie mierzy pole elektryczne światła zamieniając oscylacje światła w sygnał elektryczny.
      Dotychczas pomiary pola elektrycznego światła były poważnym problemem ze względu na olbrzymie tempo jego oscylacji. Najbardziej zaawansowane techniki pomiarowi, wykorzystywane w urządzeniach elektronicznych i telekomunikacyjnych, pozwalają na pomiar częstotliwości rzędu gigaherców. Pokrywa to spektrum radiowe i mikrofalowe promieniowania elektromagnetycznego. Jednak światło oscyluje ze znacznie większa częstotliwością. Możliwe jest więc upakowanie w nim znacznie większej ilości informacji niż robimy to obecnie. Jednak nie dysponujemy narzędziami, które by to umożliwiały. Obecne oscyloskopy dokonują uśrednionych pomiarów w ramach impulsu światła. Nie potrafią odróżnić poszczególnych dolin i grzbietów fali. Gdybyśmy zaś byli w stanie mierzyć pojedyncze doliny i grzbiety, moglibyśmy kodować w nich informacje
      Dzięki włóknom optycznym możemy korzystać ze światła do przesyłania informacji, ale wciąż jesteśmy ograniczeni prędkością oscyloskopów, mówi profesor Michael Chini. Nasz oscyloskop optyczny może zwiększyć prędkość przekazywania informacji nawet o około 10 000 razy.
      Uczeni z Florydy zbudowali swoje urządzenie i zaprezentowali jego możliwości dokonując w czasie rzeczywistym pomiarów pól elektrycznych indywidualnych impulsów światła laserowego. W kolejnym etapie badań będą chcieli sprawdzić, gdzie leży nieprzekraczalna granica prędkości pomiaru przy wykorzystaniu ich techniki.
      Swoje badania naukowcy opisali na łamach Nature Photonics.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teorie mówią, że nie istnieją gwiazdowe czarne dziury o takiej masie. Ale, jak wiemy, natura zawsze znajdzie jakiś sposób, mówi Stan Woosley, astrofizyk z University of California, Santa Cruz. Uczony skomentował w ten sposób to, co zarejestrowały wykrywacze fal grawitacyjnych LIGO i Virgo. A przechwyciły one sygnał świadczący o niezwykle mało prawdopodobnej kolizji czarnych dziur o rzadko spotykanej masie.
      Eksperci,  którymi kontaktowali się dziennikarze poinformowali, że wśród 22 fal grawitacyjnych zarejestrowanych od kwietnia przez LIGO/Virgo znajduje się taki, który pochodzi od czarnej dziury o masie nawet 100 mas Słońca. Dzisiaj naukowcy potwierdzili, że zauważyli kolizję dwóch czarnych dziur o masach 65 i 85 mas Słońca, w wyniku której powstała czarna dziura o masie 150 mas Słońca.
      Krzysztof Bełczyński, astrofizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, był tak pewien, iż zderzenie takich czarnych dziur jest mało prawdopodobne, że w 2017 roku w podczas spotkania w Aspen Center For Physics wraz z Danielem Holzem z University of Chicago zawarli zakład stwierdzając, iż żadna czarna dziura o takiej masie nie zostanie wykryta w pierwszych 100 sygnałach LIGO/Virgo. Do zakładu dołączył później też Woosley. Zakład przyjęło troje innych naukowców. Myślę, że przegramy ten zakład. Ku chwale nauki, mówi Bełczyński.
      W 1967 roku fizycy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie odkryli, że jeśli umierająca gwiazda ma bardzo masywne jądro, to nie zapadnie się ono w czarną dziurę. Gwiazda taka zmieni się w supernową niestabilności kreacji par (pair-instability supernova).
      Do jej powstania dochodzi, gdy jądro gwiazdy staje się tak gorące, iż światło spontanicznie zamienia się w nim w pary elektron-pozyton. Dotychczas ciśnienie światła zapewniało stabilność jądra. Gdy zaczyna się ono zamieniać w materię ciśnienie to spada, jądro gwałtownie się kurczy, staje się coraz gorętsze, to z kolei przyspiesza produkcję par elektron-pozyton. Powstaje samonapędzający się mechanizm. W końcu temperatura rośnie do tego stopnia, że dochodzi do fuzji tlenu. W jego wyniku implozja zostanie zatrzymana, a rozpoczyna się proces odwrotny. Następuje eksplozja jądra. Jeśli jądro miało masę 65–130 mas Słońca, cała materia zostaje rozrzucona. Po gwieździe pozostaje mgławica. Jądro nie zapada się, nie powstaje czarna dziura.
      Jeśli natomiast jądro, w którym doszło do niestabilności kreacji par miało masę od 50 do 65 mas Słońca, dochodzi do serii eksplozji, które stopniowo wyrzucają materię dopóty, dopóki masa jądra nie spadnie poniżej limitu, w którym niestabilność kreacji par już nie zachodzi. Z tego wynika, że nie powinny istnieć gwiazdowe czarne dziury o masie pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. To bardzo proste obliczenia, mówi Woosley, którego praca z 2002 roku na ten temat jest uważana za ostateczne wyjaśnienie problemu.
      Mogą za to istnieć, i istnieją, czarne dziury o masie większej niż 130 mas Słońca, gdyż implozja tak masywnego jądra nie może zostać zatrzymana, nawet w wyniku fuzji tlenu. Jądro zapada się do czarnej dziury. Jednak, jako że gwiazdy tracą masę przez całe swoje życie, gwiazda, która utworzyłaby jądro o masie ponad 130 mas Słońca musiałaby mieć co najmniej masę 300 mas Słońca. Tak masywne gwiazdy są niezwykle rzadkie. Dlatego też większość ekspertów uznaje, że LIGo/Virgo może wykryć kolizje czarnych dziur o masach nie przekraczających 50 mas Słońca.
      Znamy też supermasywne czarne dziury o masach miliony i miliardy raza większych od masy Słońca, jednak powstają one w inny sposób, a LIGO i Virgo nie są w stanie wykryć ich zderzeń.
      Dlatego tylko niewielu specjalistów uważało, że LIGO i Virgo zauważą kolizje czarnych dziur o masach ponad 50 mas Słońca. Stąd wyzwanie, jakie w formie zakładu rzucili im Bełczyński, Holz i Wooley. Zakład ten przyjęli Carl Rodriguez z MIT, Sourav Chatterjee z Tata Institute for Fundamental Research z Mombasy, do których dołączył później Fred Rasio z Northwestern University. Przegrani mają kupić każdemu z wygranych butelkę wina o wartości 100 USD.
      Rodriguez, Chatterjee i Rasio stwierdzili, że co prawda większość kolizji wykrywanych przez LIGO i Virgo prawdopodobnie ma swój początek w izolowanych układach podwójnych, ale niewielka część z nich może zachodzić w gęstych środowiskach takich jak gromady kuliste. Tam zaś, ich zdaniem, może zdarzyć się tak, że np. czarna dziura o masie 50 mas Słońca najpierw wchłonie czarną dziurę o masie 30 mas Słońca, a później znowu połączy się z jakąś czarną dziurą. LIGO/Virgo może zarejestrować to drugie zdarzenie, zatem zauważy zderzenie czarnych dziur, z których co najmniej jedna będzie miała masę pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. Istnieje też jeszcze inna możliwość. Otóż kolizja taka może rozpocząć się również w izolowanym układzie podwójnym. Jeśli jedna z gwiazd układu utworzy czarną dziurę, a układ nadal będzie istniał, to czarna dziura może wchłaniać masę z towarzyszącej jej gwiazdy, rosnąc powyżej „zakazanego” limitu. Później, gdy druga z gwiazd utworzy czarną dziurę, może dojść do kolizji obu czarnych dziur i zarejestrowania tego wydarzenia na Ziemi.
      Krzysztof Bełczyński i jego koledzy przegrali więc zakład. Woosley wciąż uważa, że granica „zakazanej masy” istnieje. Jego zdaniem, wśród olbrzymiej liczby czarnych dziur musi istnieć – mimo nielicznych wyjątków – wyraźny spadek liczby czarnych dziur w zakresie masy od 50 do 130 mas Słońca. A te nieliczne istniejące wyjątki to wynik tego, że natura nie znosi próżni.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...