Cos'e 'un'onda gravitazionale?

La data ufficiale di apertura (rilevazione) delle onde gravitazionali è considerato 11 Febbraio 2016. E 'poi tenuto a Washington sulla conferenza stampa, i leader di collaborazione LIGO, è stato annunciato che il team di ricercatori è riuscito per la prima volta nella storia del genere umano per risolvere questo fenomeno.

Le profezie del grande Einstein

Il fatto che esistano le onde gravitazionali, anche all'inizio del secolo scorso (1916) ha suggerito Albert Einstein formulò nel quadro della Relatività Generale (GR). Si può ammirare solo le capacità geniali del famoso fisico, che era in grado di rendere tali conclusioni di vasta portata con un minimo di dati effettivi. Tra i molti altri fenomeni fisici previsto che trova conferma nel prossimo secolo (rallentare il passaggio del tempo, cambiamenti nella radiazione elettromagnetica in direzione dei campi gravitazionali, ecc) Quasi rilevano la presenza di questo tipo di interazione delle onde di corpi, fino a poco tempo fa non era possibile.

Gravity – un'illusione?

In generale, alla luce della teoria della relatività gravità difficilmente una forza. Questa è una conseguenza della perturbazione o curvatura dello spazio-tempo. Un buon esempio per illustrare questo postulato può essere allungato pezzo di stoffa. Sotto il peso posto su una superficie di un oggetto di massa è formata una cavità. Altri oggetti in movimento vicino questa anomalia cambierà la traiettoria del loro movimento, per così dire "attratto". E maggiore è il peso dell'oggetto (diametro e la profondità curvatura più lungo), maggiore è la "forza di attrazione". Quando si muove sopra il tessuto, è possibile guardare la nascita di "increspature" divergenti.

Qualcosa di simile sta accadendo nello spazio mondo. Qualsiasi materiale solido in rapido movimento è la fonte delle fluttuazioni nella densità di spazio e tempo. Un'onda gravitazionale con ampiezza significativa, corpi formata con estremamente grandi masse o durante la guida con grandi accelerazioni.

specifiche fisiche

Le fluttuazioni spazio-tempo metrico si manifestano come variazioni del campo gravitazionale. Questo fenomeno è chiamato anche increspature dello spazio-tempo. onda gravitazionale colpisce il corpo e oggetti che si incontrano, spremitura e allungamento. importo Strain sono molto piccoli – dell'ordine di 10 ^-21 della dimensione originale. Tutta la difficoltà di rilevazione di questo fenomeno è che i ricercatori hanno dovuto imparare come misurare e registrare questi cambiamenti utilizzando l'attrezzatura adeguata. La potenza della radiazione gravitazionale è anche estremamente basso – per l'intero sistema solare, è qualche kilowatt.

La velocità di propagazione delle onde gravitazionali leggermente dipende dalle proprietà del mezzo conduttore. L'ampiezza di oscillazione con la distanza dalla sorgente diminuisce gradualmente ma non raggiunge lo zero. La frequenza si trova in un intervallo da diverse decine a centinaia di hertz. La velocità delle onde gravitazionali nel mezzo interstellare si avvicina alla velocità della luce.

indizio

Per la prima volta una conferma teorica dell'esistenza delle onde gravitazionali è riuscito a ottenere l'astronomo americano Joseph Taylor e Russell Hulse suo assistente nel 1974. Studiare l'Universo tramite telescopio di Arecibo Osservatori (Porto Rico), i ricercatori hanno scoperto la pulsar PSR B1913 + 16 che rappresenta un sistema binario di stelle di neutroni che ruotano attorno ad un comune centro di massa ad una velocità angolare costante (caso raro). Ogni periodo di trattamento anno è di 3,75 ore inizialmente, ridotto a 70 ms. Questo valore è coerente con le conclusioni delle equazioni GTR che prevedono l'aumento della velocità di rotazione di questi sistemi a causa del consumo di energia per la generazione di onde gravitazionali. Più tardi ulteriori doppie pulsar e nane bianche con un comportamento simile è stato trovato. Radio Astronomy D. Taylor e R. Hulse il Premio Nobel per la Fisica per la scoperta di nuove possibilità di campi gravitazionali che studiano è stato assegnato nel 1993.

Rubare onda gravitazionale

La prima affermazione di onde gravitazionali rilevazione ha ricevuto presso l'Università del Maryland scienziato Dzhozefa Vebera (USA) nel 1969. A questo scopo ha usato le due antenne gravitazionali di propria concezione, separati da una distanza di due chilometri. Il rivelatore risonante era un buon piece cilindro-piede antivibrazioni alluminio, dotato di trasduttori piezoelettrici sensibili. L'ampiezza delle fluttuazioni Weber presumibilmente fisso ha dimostrato di essere più di un milione di volte superiore a quello previsto. I tentativi da parte di altri ricercatori che utilizzano apparecchiature simili a ripetere il "successo" del fisico americano risultati positivi non hanno dato. Dopo alcuni anni di lavoro Weber in questo settore sono stati riconosciuti insolventi, ma ha dato impulso allo sviluppo di "boom gravitazionale" per la chiamata in questo settore di studio di molti esperti. Tra l'altro, Dzhozef Veber fino alla sua morte era sicuro di prendere le onde gravitazionali.

Il miglioramento delle attrezzature di ricezione

Nel '70 lo scienziato Bill Feyrbank (USA) ha messo a punto un disegno di un'antenna di onde gravitazionali, raffreddato con elio liquido, con l'uso di calamari – magnetometro ipersensibile. Esistenti al momento la tecnologia non è permesso di vedere l'inventore del vostro prodotto, realizzato nel "metal".

Secondo questo principio è fatto Auriga il rivelatore gravitazionale in lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italia). La struttura base del cilindro di alluminio-magnesio e una lunghezza di 3 metri e un diametro di 0,6 m. Il peso ricevitore di 2,3 tonnellate è sospeso in un isolato, raffreddata a vicino allo zero camera di vuoto assoluto. Per il fissaggio e agitare rilevare il risonatore chilogrammo ausiliaria e un sistema di misura basato su computer. La sensibilità indicato dell'apparecchiatura 10 ^-20.

interferometri

La base del funzionamento dei rivelatori interferometrici di onde gravitazionali incorporato gli stessi principi che sono utilizzati al interferometro Michelson. Emesso dalla sorgente del fascio laser è diviso in due flussi. Dopo molteplici riflessioni e viaggi su spalle dispositivi flussi sono riuniti di nuovo, e l'immagine finale interferenza giudice è influenzata se il corso dei raggi alcun disturbo (per esempio, un'onda gravitazionale). Tali apparecchiature viene creato in molti paesi:

• GEO 600 (Hannover, Germania). La lunghezza del tunnel di vuoto 600 metri.
• TAMA (Giappone) con le spalle a 300 m.
• VIRGO (Pisa, Italia) – un progetto congiunto franco-italiano, lanciato nel 2007 con un tre-chilometro gallerie lunghe.
• LIGO (Stati Uniti, Costa del Pacifico), che porta a caccia di onde gravitazionali nel 2002.

Ultimo pena di considerare in modo più dettagliato.

LIGO avanzata

Il progetto è stato avviato dagli scienziati del Massachusetts Institute of Technology e California. Include due osservatori separati da 3.000 Km., Louisiana e Washington (città di Livingston e Hanford) con tre interferometri identici. La lunghezza del tunnel vuoto perpendicolare è 4 mila. Metri. Questo è il più grande fino ad oggi strutture simili già esistenti. Fino al 2011, molti tentativi di individuare le onde gravitazionali non hanno dato alcun risultato. Un miglioramento sostanziale (Advanced LIGO) ha aumentato la sensibilità dell'apparecchio nell'intervallo 300-500 Hz più di cinque volte, e nella regione di bassa frequenza (fino a 60 Hz) è quasi un ordine di grandezza, raggiungendo un valore tale ambito 10 ^-21. Il progetto aggiornato iniziato nel settembre 2015 e gli sforzi di più di un migliaio di dipendenti della collaborazione è stata premiata con i risultati.

Le onde gravitazionali sono trovati

14 SETTEMBRE 2015 avanzata rivelatori LIGO in 7 ms intervallo registrato scendere alle onde gravitazionali del nostro pianeta dai più grandi eventi che hanno avuto luogo ai margini dell'universo osservabile – una fusione di due grandi buchi neri con masse di 29 e 36 volte superiore alla massa solare. Durante il processo, che ha avuto luogo oltre 1,3 Ga fa, in una manciata di secondi alle radiazioni di onde gravitazionali ha speso circa tre masse solari di materia. onde iniziali frequenza fissa gravitazionali a 35 Hz, e il valore massimo picco del livello raggiunto 250 Hz.

I risultati ottenuti sono stati più volte sottoposti a test e trattamento completo, accuratamente tagliati fuori interpretazioni alternative dei dati. Infine, l'11 febbraio scorso sulla rilevazione diretta del fenomeno previsto da Einstein, è stato annunciato alla comunità mondiale.

Infatti illustrante un lavoro titanico dei ricercatori: l'ampiezza del braccio oscillazione del formato è 10 ^-19 m – questo valore come molte volte più piccolo del diametro di un atomo, quanto ha meno arancione.

prospettive future

Questa scoperta conferma ancora una volta che la teoria della relatività generale – non è solo un insieme di formule astratte, e un look completamente nuovo all'essenza delle onde gravitazionali e la gravità nel suo complesso.

In ulteriori studi, gli scienziati hanno grandi speranze sul progetto ELSA: la creazione di un interferometro orbitante gigante con le spalle a circa 5 milioni di km, in grado di rilevare anche le perturbazioni minori di campi gravitazionali. Rivitalizzazione del lavoro in questa direzione è in grado di dire molto sulle tappe fondamentali dello sviluppo dell'universo, i processi, l'osservazione che in bande tradizionali è difficile o impossibile. Non v'è dubbio che buchi neri, le onde gravitazionali, che saranno fissate in futuro, un gran parlare di natura.

Per lo studio della radiazione gravitazionale reliquia, in grado di parlare dei primi momenti del nostro mondo dopo il Big Bang, richiederà strumenti spaziali più sensibili. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Questo progetto esiste (Big Bang Observer), ma la sua attuazione, le assicurazioni degli esperti, è possibile non prima di 30-40 anni.