O que é uma onda gravitacional?

A data oficial da abertura (detecção) de ondas gravitacionais é considerada como sendo 11 de fevereiro de 2016. Em seguida, é realizada em Washington em conferência de imprensa, os líderes de colaboração LIGO, foi anunciado que a equipe de pesquisadores conseguiu pela primeira vez na história da humanidade para corrigir esse fenômeno.

As profecias do grande Einstein

O fato de que as ondas gravitacionais existem, mesmo no início do século passado (1916) sugeriu Albert Einstein formulada no âmbito da Relatividade Geral (GR). Só se pode maravilhar com as habilidades engenhosas do famoso físico, que era capaz de fazer tais conclusões de longo alcance com um mínimo de dados reais. Entre os muitos outros fenómenos físicos previu que a confirmação encontrado no próximo século (abrandar a passagem do tempo, alterações na radiação electromagnética na direcção de campos gravitacionais, etc.) Quase detectar a presença deste tipo de interacção das ondas de corpos, até recentemente não era possível.

Gravidade – uma ilusão?

Geralmente, à luz da teoria da relatividade gravidade dificilmente uma força. Esta é uma consequência da perturbação ou curvatura do continuum espaço-tempo. Um bom exemplo para ilustrar este postulado pode ser esticado pedaço de pano. Sob o peso colocado sobre uma superfície de um objecto de grandes quantidades é formado um recesso. Outros objetos em movimento perto esta anomalia vai mudar a trajetória de seu movimento, uma vez que foram "atraídos". E, quanto maior o peso do objecto (mais profundidade diâmetro e curvatura), maior será a "força de atracção." Quando ele se move sobre o tecido, você pode assistir o surgimento de "ondulações" divergentes.

Algo semelhante está acontecendo no espaço do mundo. Qualquer matéria sólida que se move rapidamente é a fonte de flutuações na densidade de espaço e tempo. Uma onda gravitacional com uma amplitude significativa, formado corpos com massas extremamente grandes ou quando se conduz com grandes acelerações.

especificações físicas

Flutuações na métrica espaço-tempo se manifestam como mudanças no campo gravitacional. Este fenômeno também é chamado ondulações no espaço-tempo. onda gravitacional afeta o corpo e objetos encontrados, apertando e esticando-os. quantidade estirpe são muito pequenos – da ordem de 10 ^-21 do tamanho original. Toda a dificuldade de detecção deste fenômeno é que os pesquisadores tiveram de aprender a medir e registrar essas alterações usando o equipamento apropriado. O poder da radiação gravitacional também é extremamente baixo – para todo o sistema solar, está a poucos kilowatts.

A velocidade de propagação das ondas gravitacionais ligeiramente depende das propriedades do meio condutor. A amplitude de oscilação com a distância da fonte diminui gradualmente, mas nunca chega a zero. A frequência situa-se numa gama de várias dezenas a centenas de hertz. A velocidade das ondas gravitacionais no meio interestelar se aproxima da velocidade da luz.

provas circunstanciais

Pela primeira vez uma confirmação teórica da existência de ondas gravitacionais conseguiu obter o astrônomo americano Joseph Taylor e Russell Hulse seu assistente em 1974. Estudar o Universo através de telescópio observatórios Arecibo (Porto Rico), os investigadores descobriram o pulsar PSR B1913 + 16 representa um sistema binário de estrelas de nêutrons que giram em torno de um centro comum de massa a uma velocidade angular constante (caso raro). Cada período de tratamento ano é 3,75 horas inicialmente, reduzido para 70 ms. Este valor é consistente com as conclusões das equações GTR que predizem o aumento da velocidade de rotação destes sistemas, devido ao consumo de energia para a geração de ondas gravitacionais. foi encontrado mais tarde mais pulsares duplos e anãs brancas com um comportamento semelhante. Radioastronomia D. Taylor e R. Hulse o Prêmio Nobel de Física pela descoberta de novas possibilidades de estudar campos gravitacionais foi premiado em 1993.

Roubar onda gravitacional

A primeira declaração de ondas gravitacionais detecção recebido da Universidade de Maryland cientista Dzhozefa Vebera (EUA) em 1969. Para este efeito, ele usou as duas antenas gravitacionais de seu próprio projeto, separados por uma distância de dois quilômetros. O detector de ressonância era um bom peça cilindro-pé isolada de vibrações de alumínio, equipado com transdutores piezoeléctricos sensíveis. A amplitude da Weber flutuações supostamente fixo provou ser mais do que um milhão de vezes maior do que o esperado. Tentativas por outros pesquisadores que utilizam equipamentos similares para repetir o "sucesso" dos resultados positivos físico americano não renderam. Depois de alguns anos de trabalho Weber nesta área têm sido reconhecidos insolvente, mas deu um impulso para o desenvolvimento da "explosão gravitacional" para chamar nesta área de estudo de muitos especialistas. By the way, Dzhozef Veber até sua morte era certo fazer exame de ondas gravitacionais.

Melhorar o equipamento de recepção

No cientista 70s Bill Feyrbank (EUA) desenvolveu um design de antena de onda gravitacional, arrefeceu-se por hélio líquido, com o uso de SQUIDs – magnetómetro supersensíveis. Existente na época a tecnologia não é permitido para ver o inventor do seu produto, realizado no "metal".

De acordo com este princípio é feita Auriga o detector gravitacional em lenyarskoy National Laboratory (Padova, Itália). A estrutura de base de cilindro de alumínio-magnésio e um comprimento de 3 metros e um diâmetro de 0,6 m. A unidade de peso do receptor de 2,3 toneladas é suspenso num isolado, arrefeceu-se a câmara de vácuo próximo do zero absoluto. Para fixação e agitação detectar o ressonador quilograma auxiliar e um sistema de medição baseado em computadores. A sensibilidade indicado do equipamento 10 ^-20.

interferômetros

A base do funcionamento dos detectores de ondas gravitacionais interferométricos incorporados os mesmos princípios que são usados no interferómetro de Michelson. Emitida pela fonte do feixe de laser é dividido em duas correntes. Após múltiplas reflexões e viagens sobre os fluxos de dispositivos ombros são reunidos de novo, e a imagem de interferência juiz final é afectada se o curso dos raios qualquer distúrbio (por exemplo, onda gravitacional). Esse equipamento é criado em muitos países:

• GEO 600 (Hannover, Alemanha). O comprimento do túnel de vácuo a 600 metros.
• Tama (Japão) com os ombros a 300 m.
• VIRGEM (Pisa, Itália) – um projeto franco-italiano conjunta, lançado em 2007 com três quilômetros de extensão de túneis.
• LIGO (Estados Unidos, Costa do Pacífico), levando a busca de ondas gravitacionais em 2002.

Última vale a pena considerar em mais detalhes.

LIGO avançada

O projeto foi iniciado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e Califórnia. Inclui dois observatórios separados por 3000. Km, Louisiana e Washington (cidade de Livingston e Hanford), com três interferômetros idênticos. O comprimento do túnel de vácuo perpendicular é de 4 mil. Metros. Este é o maior até o momento estruturas similares existentes. Até 2011, muitas tentativas para detectar ondas gravitacionais não produziram nenhum resultado. Uma melhoria substancial (Advanced Ligo) aumentou a sensibilidade do equipamento na faixa de 300-500 Hz mais do que cinco vezes, e na região de baixa frequência (acima de 60 Hz) é quase uma ordem de magnitude, alcançando um valor tal cobiçado 10 ^-21. O projeto atualizados começou em setembro de 2015, e os esforços de mais de mil funcionários da colaboração foi recompensado com os resultados.

As ondas gravitacionais são encontrados

14 setembro de 2015 avançou detectores LIGO em 7 ms intervalo gravadas descer para ondas gravitacionais do planeta dos maiores acontecimentos que tiveram lugar à margem do universo observável – uma fusão de dois grandes buracos negros com massas de 29 e 36 vezes maior do que a massa solar. Durante o julgamento, que ocorreu ao longo de 1,3 Ga atrás, em questão de segundos à radiação de ondas gravitacionais que passou cerca de três massas solares da matéria. ondas iniciais de frequência fixa gravitacionais a 35 Hz, e o valor máximo do pico do nível alcançado em 250 Hz.

Os resultados obtidos foram repetidamente submetidas a testes abrangentes e tratamento, cuidadosamente cortadas interpretações alternativas dos dados. Finalmente, em 11 de fevereiro do ano passado sobre a detecção direta do fenômeno previsto por Einstein, foi anunciado para a comunidade mundial.

Fato ilustrando um trabalho titânico de pesquisadores: a amplitude do braço de oscilação do tamanho é 10 ^-19 m – este valor como muitas vezes menores que o diâmetro de um átomo, o quanto ele ficar com menos de laranja.

perspectivas futuras

Esta descoberta confirma mais uma vez que a teoria da relatividade geral – não é apenas um conjunto de fórmulas abstratas, e um olhar completamente novo para a essência de ondas gravitacionais e gravidade como um todo.

Em outros estudos, os cientistas têm grandes esperanças no projeto ELSA: a criação de um interferômetro órbita gigante com ombros cerca de 5 milhões de km, capaz de detectar até mesmo perturbações menores de campos gravitacionais. Revitalização do trabalho neste sentido é capaz de dizer muito sobre os estágios básicos do desenvolvimento do universo, os processos, a observação de que em bandas tradicionais é difícil ou impossível. Não há dúvida de buracos que negros, ondas gravitacionais, que serão fixos no futuro, muita conversa sobre natureza.

Para o estudo da radiação gravitacional relíquia, capaz de falar sobre os primeiros momentos do nosso mundo após o Big Bang, vai exigir instrumentos espaciais mais sensíveis. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Este projeto existe (Big Bang Observer), mas sua implementação, os protestos de especialistas, é possível não anterior a 30-40 anos.