Paul M Sutter Jest astrofizykiem w Uniwersytet Stanowy w Nowym Jorku Stony Brook and Flatiron Institute, gospodarz”Zapytaj astronautę” I „radio kosmiczne, „i autor”Jak umierasz w kosmosie?. „ Sutter przyczynił się do powstania tego artykułu Głosy ekspertów Space.com: od redakcji i spostrzeżeń.
Grawitacja to nie tylko siła, która utrzymuje wszystko razem. Z naszego rozumienia ogólnej teorii względności wiemy, że powaga Mogą wystąpić fale grawitacyjne lub zmarszczki w strukturze czasoprzestrzeni.
Ale jak dokładnie działają te fale grawitacyjne?
Krótko po sporządzeniu pliku Ogólna teoria względnościI Alberta Einsteina Zdałem sobie sprawę, że grawitacja może tworzyć fale. Jednak wkrótce zakwestionował własne wnioski. zdając sobie z tego sprawę fale grawitacyjne Istnieją w uproszczonej formie ogólnej teorii względności, a Einstein nie wiedział, czy fale są prawdziwe, czy tylko artefaktem procesu upraszczania.
Związane z: Możemy złapać fale grawitacyjne na Księżycu, jeśli ten szalony pomysł wystartuje
Równania ogólnej teorii względności są bardzo trudne do rozwiązania, więc nie jest niespodzianką, że nawet Einstein unikał tego. Minęło kilkadziesiąt lat, zanim fizycy doszli do ostatecznego wniosku, że ogólna teoria względności wspiera fale grawitacyjne. Innymi słowy, są już prawdziwe.
Prawie wszystko we wszechświecie robi wszystko, co tworzy fale grawitacyjne. Wystarczy niewielka oscylacja, którą fale grawitacyjne mają wspólne z prawie każdą inną falą. Jeśli wibrujesz w wodzie, tworzysz fale wodne. Jeśli skrzynka głosowa wibruje, emituje fale dźwiękowe. Jeśli poruszasz elektronem, tworzysz fale elektromagnetyczne. Aby wytworzyć falę grawitacyjną, wystarczy, że masa przyspieszy.
Fale te wędrują na zewnątrz od źródła w prędkość światła I rzeczywiste zmarszczki w sile grawitacji. Kiedy fala grawitacyjna przechodzi przez ciebie, rozciąga się i ściska, jakby gigantyczne dłonie bawiły się tobą jak kawałkiem kitu.
Poczułeś to?
Chociaż prawie wszystko we wszechświecie cały czas wytwarza fale grawitacyjne, tak naprawdę ich nie zauważasz. Grawitacja jest zdecydowanie słabsza niż Cztery podstawowe siły natury. Nawet gdyby grawitacja była miliard miliardów miliardów razy silniejsza niż jest, nadal byłaby słabsza niż jakakolwiek inna siła: słaba siłaI Elektromagnetyczny i potężna moc. A fale grawitacyjne są wciąż słabsze. Są to małe perturbacje powyżej normalnej grawitacji.
Oznacza to również, że fale grawitacyjne, które możesz wytworzyć, na przykład machając ramionami wokół siebie, prawie całkowicie nie istnieją. Aby wywrzeć ogromny wpływ w czasoprzestrzeni, potrzebujesz poważnego ruchu pod względem masy i energii – takich jak zderzenia czarnych dziur, rozbijanie gwiazd neutronowychGigantyczne supernowe czarne dziury który pochłania całe gwiazdy, a nawet chaotyczne moce uwolnione w pierwszych chwilach wielka eksplozja.
Jeśli jesteś pół mili od dwóch? scalanie czarnych dziurEmitowane fale grawitacyjne będą wystarczająco silne, aby cię rozerwać. Ale jeśli jesteś setki mil stąd, nie sprawisz, że włosy na karku staną do końca.
Z naszego punktu widzenia dalej Ziemia, miliony lub miliardy lat świetlnych od tych katastrofalnych wydarzeń, fale grawitacyjne mają amplitudę nie większą niż szerokość protonu.
Oczywiście to było dziwne
Ekstremalna słabość fal grawitacyjnych jest powodem, dla którego prawie ćwierć wieku rozwoju technologicznego je wyeliminowało. Ale w 2015 r. został wydany Interferometr laserowy z falą grawitacyjną (LIGO) potwierdzone Pierwsza bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych. Źródłem tego konkretnego sygnału były dwie czarne dziury łączące się w odległości 1,4 miliarda lat świetlnych.
Słabość fal grawitacyjnych ma pozytywną stronę: ze względu na słabość grawitacji fale grawitacyjne prawie nie oddziałują z materią, co pozwala jej swobodnie rozprzestrzeniać się w całym wszechświecie bez rozpraszania i absorpcji. Oznacza to również, że możemy zobaczyć rzeczy, których normalnie nie widzimy.
Jeśli dwie czarne dziury zderzają się w środku kosmosu, jak naprawdę możemy je zobaczyć? Gdyby podczas zderzenia nie emitowały żadnej formy promieniowania elektromagnetycznego, cały proces byłby niewidoczny dla naszych teleskopów. Jednak zderzenia te uwalniają ogromne ilości energii w postaci fal grawitacyjnych – zwykle silniejszych niż te wytwarzane przez wszystkie gwiazdy we wszechświecie razem wzięte.
Od momentu potwierdzenia pierwszego odkrycia w 2015 r. LIGO i Virgo – jego siostrzane obserwatorium we Włoszech – potwierdziły ponad czterdzieści zderzeń między czarnymi dziurami. Przeszliśmy od wykrywania epizodycznych fal grawitacyjnych do całej gałęzi astronomii. Te drobne wibracje otworzyły wgląd w wewnętrzne funkcjonowanie wszechświata i nowe tajemnice dla następnej generacji astronomów.
Dowiedz się więcej, słuchając odcinka „Co jest takiego fajnego w falach grawitacyjnych? (Część 1)” W podcaście Zapytaj astronautę, dostępnym pod adresem Itunes I askaspaceman.com. Zadaj własne pytanie na Twitterze za pomocą #ZapytajASpaceman lub śledząc Paula Umieść tweeta I facebook.com/PaulMattSutter.
Podążaj za nami Na Twitterze @Spacedotcom i na Facebooku.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
