Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Einstein Telescope – gigantyczny wykrywacz fal grawitacyjnych – o krok bliżej realizacji

Recommended Posts

Europejski projekt budowy wielkiego wykrywacza fal grawitacyjnych znalazł się o krok bliżej realizacji. European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI), które doradza rządom Unii Europejskiej odnośnie priorytetów badawczych, wpisało Einstein Telescope, bo tak się ma nazywać laboratorium, na mapę drogową projektów naukowych, które są na tyle zaawansowane, że warto, by nadal się rozwijały.

Einstein Telescope ma kosztować 1,9 miliarda euro. Twórcy projektu muszą jeszcze przekonać rządy do swojego pomysłu. Wpisanie na listę ESFRI nie jest obietnicą finansowania, ale pokazuje, że istnieje wola kontynuowania projektu, mówi współprzewodniczący komitetu kierującego Einstein Telescope, Harald Lück w Uniwersytetu im. Leibniza w Hanowerze.

Działania ESFRI zostały z zadowoleniem przywitane przez naukowców USA, którzy mają nadzieję, że pomoże to w realizacji ich własnych planów budowy pary wykrywaczy większych niż Einstein Telescope. Amerykański projekt nosi nazwę Cosmic Explorer. Myślę, że to dobry czas, by rozpocząć tego typu budowę, mówi David Reitze, dyrektor LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), obserwatorium, w którym wykryto pierwsze fale grawitacyjne.

Wykrywacze fal grawitacyjnych rejestrują niewielkie zaburzenia przestrzeni wywoływane przez masywne obiekty, jak np. czarne dziury, które krążą wokół siebie i w końcu się łączą. Wykrywacze takie to olbrzymie urządzenia. Amerykański LIGO składa się z pary interferometrów znajdujących się w stanach Louisiana i Washington. Każdy z nich ma kształt litery L, a każde z ramion ma 4 kilometry długości. Porównując długość ramion z olbrzymią dokładnością, można stwierdzić, czy doszło do jej zmiany w wyniku przejścia fali grawitacyjnej. Z kolei europejski wykrywacz Virgo, który znajduje się we Włoszech, ma ramiona o długości 3 km.

Naukowcy chcieliby jednak zbudować większe instrumenty. LIGO i Virgo, do których niedawno dołączył japoński KAGRA, są w stanie wykrywać połączenia czarnych dziur z odległości ponad 10 miliardów lat świetlnych. Gdyby jednak zbudować 10-krotnie bardziej czułe detektory, moglibyśmy rejestrować takie wydarzenia w całym obserwowalnym wszechświecie, na przestrzeni 45 miliardów lat świetlnych. Stąd też niezwykle ambitne plany.

Amerykański Cosmic Explorer ma składać się z jednego lub więcej interferometrów w kształcie litery L, której ramiona mają mieć po 40 km długości. Z kolei projekt Einsten Telescope zakłada budowę 6 interferometrów w kształcie litery V, o ramionach długości 10 kilometrów każde. Mają być one ułożone na planie trójkąta równobocznego, z 2 interferometrami w każdym z rogów.

Fizycy z USA i Europy chcą, by ich detektory powstały do połowy lat 30. XXI wieku. Umieszczenie Einstein Telescope na liście ESFRI to krok naprzód w realizacji europejskich planów. W ciągu najbliższych 3–4 lat pomysłodawcy Einstein Telescope powinni przedstawić bardziej szczegółowy plan i raport techniczny. Muszą też w tym czasie zdobywać poparcie dla swojego pomysłu zarówno ze strony polityków, jak i środowisk naukowych, angażując do współpracy kolejnych specjalistów. Obecnie projekt Einstein Telescope może liczyć na poparcie z Belgii, Włoch, Holandii, Polski i Hiszpanii.

Einstein Telescope, jeśli zostanie zrealizowany, może przybrać kształt podobny do CERN-u.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
52 minuty temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Gdyby jednak zbudować 10-krotnie bardziej czułe detektory, moglibyśmy rejestrować takie wydarzenia w całym obserwowalnym wszechświecie, na przestrzeni 45 miliardów lat świetlnych. Stąd też niezwykle ambitne plany.

To rzeczywiście ambitne plany biorąc pod uwagę, że wiek Wszechświata to niecałe 14 mld lat. Chyba, że ja czegoś nie wiem :unsure:

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
26 minutes ago, Sławko said:

To rzeczywiście ambitne plany biorąc pod uwagę, że wiek Wszechświata to niecałe 14 mld lat. Chyba, że ja czegoś nie wiem :unsure:

Haha, potrafią namieszać w głowie, co? Wszechświat ma 14 miliardów lat, co nie oznacza, że ma promień 14 miliardów lat świetlnych. Tyle ma nasz horyzont obserwacyjny (ang. obserwable universe). W przypadku fal grawitacyjnych chodzi o fale grawitacyjne wygenerowane podczas inflacji. Wrzuciłem w Google na szybko "gravitational waves inflation" i jest sporo trafień. Powodzenia! :)

Jeszcze mały edit: Wydaje mi się, że z nich mogą ekstrapolować, co się stało z masą w momencie inflacji. Podobnie jak z CMBR tyle, że fale grawitacyjne nie były blokowane przez plazmę.

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 godzinę temu, Sławko napisał:

Chyba, że ja czegoś nie wiem

A nie wiem :P Przeczytałem z niezrozumieniem. Tam jest mowa o latach świetlnych. Dzięki za otrzeźwienie.

Share this post


Link to post
Share on other sites
41 minut temu, Sławko napisał:

Tam jest mowa o latach świetlnych. Dzięki za otrzeźwienie.

Nie penkaj. Powszechnie wiadomo że lata świetlne to jednostka czasu. Jest to czas jaki światło leci przez rok. :D  Do d*py z taka jednostką, przecież są sekundy przestępne i lata przestępne - cały dzień świetlny różnicy. BTW. najmniej intuicyjną dla mnie jednostką jest j.a. Jak ktoś coś wyartykułuje w j.a. to jestem całkowicie zgubiony.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No proszę, fale grawitacyjne odkryły nowego-starego forumowicza :)

Jeszcze wygrzebałem więcej info dla zainteresowanych. Chodzi o to, że fale grawitacyjne pozwolą być może zbadać, co się działo przed pierwszym światłem (CMBR).

Quote

CMBR
This was the moment of first light in the universe, between 240,000 and 300,000 years after the Big Bang, known as the Era of Recombination. The first time that photons could rest for a second, attached as electrons to atoms. It was at this point that the universe went from being totally opaque, to transparent. https://phys.org/news/2016-11-universe.html

INFLATION
The universe was born with the Big Bang as an unimaginably hot, dense point. When the universe was just 10-34 of a second or so old — that is, a hundredth of a billionth of a trillionth of a trillionth of a second in age — it experienced an incredible burst of expansion known as inflation, in which space itself expanded faster than the speed of light. During this period, the universe doubled in size at least 90 times, going from subatomic-sized to golf-ball-sized almost instantaneously. https://www.space.com/52-the-expanding-universe-from-the-big-bang-to-today.html

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
1 godzinę temu, Jajcenty napisał:

BTW. najmniej intuicyjną dla mnie jednostką jest j.a. Jak ktoś coś wyartykułuje w j.a. to jestem całkowicie zgubiony.

Szkoda, bo to bardzo ważna jednostka jest. Nie to, bym polecał zaraz studiowanie historii (na starość mam ku temu większe ciągoty niż drzewiej, fuj!), ale luknij Jajcenty choćby tu.

1 godzinę temu, Jajcenty napisał:

Do d*py z taka jednostką, przecież są sekundy przestępne i lata przestępne - cały dzień świetlny różnicy.

Niepotrzebnie się kłopoczesz, bo to zwykły rok juliański jest. :P

Edited by Astro

Share this post


Link to post
Share on other sites

Bardziej ciekawe będzie jak wykrywacz fal grawitacyjnych z wczesnego etapu istnienia wszechświata ich nie wykryje.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 7.07.2021 o 15:49, cyjanobakteria napisał:

Wszechświat ma 14 miliardów lat, co nie oznacza, że ma promień 14 miliardów lat świetlnych. Tyle ma nasz horyzont obserwacyjny (ang. obserwable universe). W przypadku fal grawitacyjnych chodzi o fale grawitacyjne wygenerowane podczas inflacji.

Ale co to zmienia? Jaki sens mają przechwałki o zasięgu >14mld jeśli nie da się zbadać niczego co przekracza horyzont obserwacyjny? Chyba że chcą wybudować i poczekać te kilkadziesiąt mld lat żeby potwierdzić zasięg max.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
Godzinę temu, tempik napisał:

Jaki sens mają przechwałki o zasięgu >14mld jeśli nie da się zbadać niczego co przekracza horyzont obserwacyjny?

Nieporozumienia ciąg dalszy, a przecież wyraźnie powyżej stoi:

W dniu 7.07.2021 o 14:30, KopalniaWiedzy.pl napisał:

moglibyśmy rejestrować takie wydarzenia w całym obserwowalnym wszechświecie, na przestrzeni 45 miliardów lat świetlnych

Obiekt, którego światło liczy sobie np. 13 mld lat obecnie znajduje się znacznie dalej niż 13 mld lat świetlnych (juliańskich - wybacz Jajcenty, nie mogłem się oprzeć ;)).

Edited by Astro

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 7.07.2021 o 15:49, cyjanobakteria napisał:

Wszechświat ma 14 miliardów lat, co nie oznacza, że ma promień 14 miliardów lat świetlnych. Tyle ma nasz horyzont obserwacyjny (ang. obserwable universe).

Nie.
horyzont obserwacyjny - promień 45,7 mld ly.
Sam Wszechświat z nie tak dawnych oszacowań krzywizny czasoprzestrzeni w jednym z modeli to przynajmniej 500 razy więcej. Ale to oszacowanie od dołu. Może być i 1000 razy więcej i 10000000 razy więcej.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Napisałem, że się pomyliłem i pomieszałem horyzonty. Chodziło mi wczoraj o (ang. cosmic event horizon). Ma on jednak trochę więcej, bo około 16 miliardów ly. Widzę, że jeszcze zrobiłem do tego literówkę... To zdecydowanie nie był mój dzień :) Ciekawy jest sposób w jaki oszacowano geometrię przestrzeni w oparciu o największe trójkąty we Wszechświecie (CMBR) :)

shape.jpg

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wskutek ciągłego rozszerzania na przestrzeni lat promień obserwowalnego Wszechświata to obecnie ok. 46 mld l.ś. i w takiej odległości są obecnie obiekty, które swe światło wypromieniowały ok. 13-14 mld lat temu.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Co do pomysłu ET :D
Z jednej strony dobry pomysł bo grawitacja to jest nowe okno na wszechświat i nawet już zaczynamy grawitacyjne promieniowanie tła łapać a ono jest wcześniejsze niż CMB.
Ale ...

lepiej byłoby jednak zbudować wykrywacz w kosmosie bo parametry mogłyby znacząco przewyższyć to co już mamy na Ziemi.
Lepszy pomysł niż FCC.

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Australijscy naukowcy z ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics i University of Western Australia zbudowali wykrywacz fal grawitacyjnych, który wykorzystuje kwarc do rejestracji fal o wysokiej częstotliwości. Urządzenie pracuje od zaledwie 153 dni, a już zarejestrowało dwa sygnały, które mogą być falami grawitacyjnymi, jakich nigdy wcześniej naukowcy nie obserwowali. Fale takie mogą pochodzić z pierwotnych czarnych dziur lub chmur cząstek ciemnej materii.
      Istnienie fal grawitacyjnych zostało przewidziane przez Alberta Einsteina. Przewidział on, że obiekty astronomiczne mogą generować fale zagiętej czasoprzestrzeni, które rozchodzą się po wszechświecie. Po raz pierwszy fale grawitacyjne zarejestrowano w 2015 roku, a o odkryciu oficjalnie poinformowano w lutym 2016. Odkrycia dokonano w parze dużych interferometrów LIGO.
      Fale grawitacyjne powinny ściskać i rozciągać przestrzeń o 1 część na 1021, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o 1/100000 nanometra, czyli mniej więcej o grubość jądra atomu. W ramach eksperymentu LIGO zbudowano dwa interferometry ułożone w kształt litery L o długości 4 kilometrów każdy. Na końcach tuneli umieszczono lustra odbijające światło. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Jeśli promienie przebyły drogę o różnej długości, pomiędzy promieniami dojdzie do interferencji. Badając interferencję naukowcy są w stanie zmierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczająca dokładność, by wykryć ewentualne zmiany długości obu ramion interferometrów spowodowane obecnością fal grawitacyjnych. W skład LIGO wchodzą dwa laboratoria - w stanach Luizjana i Waszyngton.
      Oprócz interferometrów LIGO dysponujemy też europejskim urządzeniem Virgo, który często współpracuje z LIGOw tandemie. Niedawno zaś Japończycy uruchomili obserwatorium KAGRA.
      Te trzy obserwatoria są w stanie zarejestrować fale grawitacyjne o niskiej częstotliwości, pochodzące ze zderzeń czarnych dziur, gwiazd neutronowych oraz pochłonięcia gwiazdy neutronowej przez czarną dziurę.
      Pomimo tego, że najwięcej uwagi nauka zwraca na fale grawitacyjne o niskiej częstotliwości, istnieje wiele opracowań teoretycznych dotyczących fal o wysokiej częstotliwości. Zgodnie z tymi opracowaniami, źródłem takich fal mają być pierwotne czarne dziury lub ciemna materia. Dlatego też Australijczycy postanowili zbudować wykrywacz tego typu fal.
      Został on stworzony z kwarcowego objętościowego rezonatora fali akustycznej (BAW – bulk acoustic wave). Sercem urządzenia jest dysk z kryształu kwarcu, który wibruje pod wpływem przechodzących przez niego fal akustycznych. Fale te indukują ładunki elektryczne w dysku, które możemy wykrywać.
      BAW podłączony jest do nadprzewodzącego kwantowego urządzenia SQUID, działającego jak niezwykle czuły wzmacniacz sygnału. Całość została zamknięta w wielu osłonach chroniących wykrywacz przed przypadkowymi polami elektromagnetycznymi i schłodzona do niskich temperatur, co ułatwia wykrycie wibracji akustycznych o niskich energiach.
      Tak przygotowany detektor zarejestrował dwa obiecujące sygnały. Teraz grupa uczonych próbuje określić, co było ich źródłem. Jednym z naukowców pracujących przy projekcie jest profesor Michael Tobar. Uczony mówi, że fale grawitacyjne o wysokiej częstotliwości to tylko jedno z możliwych źródeł sygnału. Innymi mogą być naładowane cząstki, naprężenia mechaniczne, upadek meteorytu czy wewnętrzne procesy zachodzące w materiale, z którego zbudowany jest detektor. Nie można też wykluczyć, że doszło do interakcji kwarcowego dysku z cząstkami ciemnej materii o bardzo dużej masie.
      Jesteśmy niezwykle podekscytowani faktem, że wykrywacz okazał się tak czuły i rejestruje sygnały. Teraz musimy zrozumieć, co one oznaczają. To jednak pokazuje, że nasze urządzenie może być wykorzystywane w roli detektora fal grawitacyjnych o dużej częstotliwości. To jeden z zaledwie dwóch eksperymentów tego typu na świecie. Planujemy rozbudować go tak, by wykrywał jeszcze wyższe częstotliwości, badał zakresy, po które nikt wcześniej nie sięgał, mówi Tobar.
      Australijczycy planują zbudowanie bliźniaczego detektora. Jeśli dwa takie wykrywacze zarejestrują fale grawitacyjne, będzie to niezwykle interesujące wydarzenie, dodaje uczony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Błędy, nawarstwiające się podczas analiz fal grawitacyjnych z różnych źródeł, mogą prowadzić do wyciągnięcia fałszywych wniosków, że ogólna teoria względności nie opisuje dobrze rzeczywistości, a prawdziwe są alternatywne teorie dotyczące grawitacji. Takie ostrzeżenie wystosowali brytyjscy naukowcy, którzy przeanalizowali sposób gromadzenia się tego typu błędów podczas analiz.
      Zarejestrowanie fal grawitacyjnych przez detektor LIGO było jednym z najważniejszych dowodów na prawdziwość ogólnej teorii względności. Jednak fizycy mają nadzieję, że w sygnałach fal grawitacyjnych znajdą też dowody na istnienie błędów w teorii względności. Jako, że teoria Einsteina jest niekompatybilna z mechaniką kwantową, naukowcy podejrzewają, iż nie opisuje ona całościowo interakcji grawitacyjnych. Dlatego też dokonują szczegółowych porównań właściwości fal grawitacyjnych z ogólną teorią względności, a każdą niezgodność interpretują jako możliwe luki w teorii.
      Christopher Moore i jego zespól z University of Birmingham podkreślają, że dotychczas wszystkie obserwacje fal grawitacyjnych były zgodne z założeniami Einsteina. Jednak w miarę, jak czułość amerykańskiego LIGO i europejskiego Virgo będzie rosła, a kolejne detektory również włączą się w badanie fal grawitacyjnych, będą dokonywane coraz bardziej szczegółowe analizy. Nie można więc wykluczyć, że autorzy tych analiz zauważą coś, co będą interpretowali jako potwierdzenie alternatywnych teorii.
      Moore i jego zespół przyjrzeli się możliwym błędom, które mogą wystąpić podczas analiz różnych wydarzeń generujących powstanie fal grawitacyjnych. Ku swojemu zdumieniu zauważyli, że gdy tworzone są katalogi sygnałów fal grawitacyjnych, drobne błędy nawarstwiają się szybciej, niż przypuszczano.
      Naukowcy wyjaśniają, że modelowanie fal grawitacyjnych to bardzo złożony proces. Wprowadza się więc pewne uproszczenia, by przeprowadzanie obliczeń było możliwe. Uproszczenia te polegają m.in. na ignorowaniu pewnych zjawisk fizycznych, np. pochodzących ze spinu czarnych dziur czy ekscentryczności ich orbit. A nawet wówczas, po rezygnacji z części danych, komputery mają problem z dokonaniem dokładnych obliczeń.
      Brytyjscy naukowcy stwierdzili, że tempo akumulacji błędów zależy od tego, w jaki sposób łączone są różne wydarzenia generujące fale grawitacyjne. Innymi słowy, wiele zależy od tego, jak do obliczeń dodawane są kolejne parametry. Z jednej strony mamy bowiem stałe parametry, jak np. masę hipotetycznego grawitonu, z drugiej zaś parametry zmienne, jak te dotyczące „włosów” czarnych dziur. Ponadto akumulacja błędów zależy też od tego, jak błędy w modelowaniu rozłożone są w całym katalogu, w którym gromadzone są poszczególne wpisy i w jakim stopniu prowadzą one do odchyleń, czy zawsze przesuwają odchylenia w obliczeniach w tym samym kierunku, czy też je uśredniają.
      Moore i koledzy zauważyli, że nawet gdy wykorzystywany model dobrze nadaje się do analizy konkretnego wydarzenia związanego z generowaniem fal grawitacyjnych, to przy wykorzystaniu go do analizy całego katalogu wydarzeń mogą pojawić się błędy, fałszywie wskazujące na prawdziwość teorii alternatywnych wobec ogólnej teorii względności.
      Inni specjaliści chwalą Brytyjczyków. Nicolás Yunes z University of Illinois Urbana-Chapaign mówi, że o problemie błędów wskazujących na nową fizykę wiadomo nie od dzisiaj, jednak praca ekspertów z Wielkiej Brytanii to doskonały punkt wyjścia do dalszych badań nad tym problemem i metodami jego przezwyciężenia. Katerina Chatzioannou z California Institute of Technology przyznaje, że obecnie wykorzystywane modele są wystarczająco dobre, by analizować dostępne dane z fal grawitacyjnych, jednak nie wiadomo, czy sprawdzą się one w przyszłości.
      W miarę, jak coraz więcej dowiadujemy się o falach grawitacyjnych i ich właściwościach, powinniśmy być w stanie korygować błędy, o których jest mowa w badaniach, dodaje Emanuele Berti z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Z badań przeprowadzonych przez szwajcarsko-duński zespół naukowy wynika, że pojazdy wysłane w przyszłej dekadzie w kierunku Urana i Neptuna mogą zostać wykorzystane do badania fal grawitacyjnych. Zdaniem naukowców, analiza sygnałów radiowych wysyłanych na Ziemię przez pojazdy znajdujące się w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego, pozwoli na analizowanie zaburzeń czasoprzestrzeni wywoływanych przez fale grawitacyjne.
      Autorzy najnowszych badań twierdzą, że fale grawitacyjne wywołają w falach radiowych efekt Dopplera. Gdy fala grawitacyjna przechodzi przez sygnał radiowy, może go nieco zakłócić powodując przesunięcie częstotliwości. Możemy wykryć te niewielkie zakłócenia i z nich wnioskować o przechodzącej fali grawitacyjnej, mówi główny autor badań Deniz Soyuer z Uniwersytetu w Zurichu.
      Pomysł Soyeura i jego zespołu nie jest oryginalny. Już wcześniej próbowano w ten sposób wykrywać w ten sposób fale grawitacyjne. Próbowała tego m.in. NASA, używając w tym celu sondy Horizon, znajdującej się obecnie w Pasie Kuipera. Dlaczego więc tym razem miałoby się udać? Naukowcy mówią, że chodzi o czas i cel misji.
      Proponowane misje na Urana i Neptuna mogą zostać wystrzelone około roku 2030. Minie wiele lat, zanim dotrą do celu. W tym czasie będzie wiele okazji, by wykorzystać je do badania fal grawitacyjnych. W ciągu roku będzie jedno, trwające 6 do 8 tygodni, idealne okienko czasowe, kiedy pozycja Ziemi, Słońca i pojazdu będzie odpowiednia do tego typu obserwacji. Zatem w ciągu 10-letniej podróży będziemy mieli 10 takich okienek badawczych, wyjaśnia Soyuer.
      Olbrzymią zaletą propozycji jest fakt, że sondy nie musiałyby zabierać ze sobą żadnego specjalnego sprzętu. Już teraz wszystkie misje są wyposażane w instrumenty badające efekt Dopplera, gdyż to właśnie dzięki nim możemy określać pozycję pojazdu w przestrzeni kosmicznej oraz dokonywać pomiarów oddziaływania grawitacyjnego planet. Podstawy proponowanych przez nas badań są bardzo proste, jednak same badania będą trudne, gdyż zmiany częstotliwości powodowane przez fale grawitacyjne są niezwykle małe dodaje Soyuer.
      Dodatkowym problemem będzie odfiltrowanie szumów z sygnału. A jednym z największych źródeł takiego szumu jest szum mechaniczny generowane przez anteny odbiorcze na Ziemi. Naukowcy wierzą jednak, że w najbliższym czasie dokonamy na tyle dużego postępu technicznego, że odfiltrowanie szumu i rejestrowanie niewielkich zmian częstotliwości sygnału radiowego będzie możliwe, co pozwoli nam wykorzystać pojazdy lecące w kierunku Neptuna i Urana do badania fal grawitacyjnych generowanych np. przez czarne dziury o masie gwiazdowej krążące wokół supermasywnych czarnych dziur.
      Jeśli takie badania udałoby się przeprowadzić, byłyby one świetnym uzupełnieniem naszej wiedzy. Obecnie wykrywamy fale grawitacyjne dzięki detektorom LIGO/Virgo. Kolejnym ważnym krokiem w kierunku badań fal grawitacyjnych ma być misja LISA (Laser Interferometer Space Antenna), czyli planowane przez ESA na rok 2034 umieszczenie w przestrzeni kosmicznej trzech pojazdów wykrywających fale grawitacyjne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kolaboracje LIGO i Virgo zaprezentowały dziś nowy katalog GWTC-2 obserwacji fal grawitacyjnych zaobserwowanych od kwietnia do października 2019 r. podczas pierwszej części kampanii obserwacyjnej O3 (O3a). Zbiór zawiera w sumie 39 zdarzeń. Jednocześnie opublikowano nowe prace badawcze, a także obszerne popularne podsumowania ich wyników.
      Wśród ujętych w nowym katalogu zdarzeń znalazły się zjawiska spójne z trzema typami kolizji: dwóch czarnych dziur (ang. binary black holes, BBH), dwóch gwiazd neutronowych (ang. binary neutron stars, BNS) i układów mieszanych złożonych z gwiazdy neutronowej i czarnej dziury (ang. neutron star-black hole, NSBH). Katalog zawiera m.in. wyjątkowo interesujące zdarzenia (opisywane wcześniej w odrębnych publikacjach) takie jak druga w historii obserwacja koalescencji dwóch gwiazd neutronowych, koalescencja dwóch czarnych dziur o największej w historii dysproporcji mas oraz obserwacja bardzo masywnego układu czarnych dziur o łącznej masie około 150 razy większej od masy Słońca. Dane udostępnione dziś wszystkim zainteresowanym badaczom umożliwią prace nad nimi szerokiemu kręgowi naukowców, a także pasjonatom.
      Katalog GWTC-2 to rezultat współpracy ponad tysiąca naukowców z całego świata zrzeszonych w konsorcjum LIGO-Virgo, w tym szesnastu z Polski. Dwóch z nich pracuje w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (prof. Andrzej Królak i dr Adam Zadrożny). Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych od 2008 roku biorą udział w pracach konsorcjum LIGO-Virgo, w tym w pracach nad sygnałami pochodzącymi z rotujących gwiazd neutronowych, astronomią wielu nośników (multi-messenger astronomy) oraz nowych metod analizy danych. Narodowe Centrum Badań Jądrowych wnosi wkład w budowę europejskiego detektora fal grawitacyjnych Virgo.
      Analiza kolejnych danych z drugiej części kampanii obserwacyjnej O3 (O3b) jest obecnie w toku. Jej wyniki jeszcze bardziej rozbudują katalog zaobserwowanych przejściowych sygnałów fal grawitacyjnych. Obecnie detektory LIGO i Virgo są poddawane dodatkowym inżynieryjnym ulepszeniom w celu poprawienia ich czułości w czasie kolejnej, czwartej już kampanii obserwacyjnej (O4).
      Wykrywanie fal grawitacyjnych stało się obecnie rutynowe, i to zaledwie pięć lat po pierwszej detekcji. Dzięki w sumie 50 zarejestrowanym sygnałom fal grawitacyjnych (11 w opublikowanym wcześniej katalogu GWTC-1 i 39 zebranych obecnie w GWTC-2) następuje znaczący postęp w badaniach: jesteśmy w stanie lepiej poznać populację czarnych dziur i gwiazd neutronowych we Wszechświecie, zwiększa się nasze zrozumienie teorii grawitacji, tj. ogólnej teorii względności, a wkrótce, mając do dyspozycji czulsze detektory, zapewne będzie możliwe wykrycie fal grawitacyjnych pochodzących ze zdarzeń obserwowanych także jako tzw. rozbłyski gamma (pierwszy taki przypadek miał już miejsce w 2017 r.). Tym zagadnieniom poświęcone są artykuły publikowane równolegle z nowym katalogiem.
      Dane z trzydziestu dziewięciu obserwacji zarejestrowanych podczas pierwszej fazy kampanii obserwacyjnej O3 są umieszczone na serwerze Centrum Otwartych Danych Fal Grawitacyjnych GWOSC (ang. Gravitational Wave Open Science Center) dostępnym poprzez portal https://www.gw-openscience.org/eventapi/html/GWTC-2.
      Strona GWOSC zawiera kompletną dokumentację i przykłady kodów do analizy danych oraz tutoriale mogące pomóc każdemu zainteresowanemu w odkrywaniu publicznie dostępnych zbiorów danych.

      « 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 Baczyński 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...