الفلك

في أي كوكبين ، كان حدثا موجتي الجاذبية لعام 2016؟

في أي كوكبين ، كان حدثا موجتي الجاذبية لعام 2016؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كما هو معروف ، ما هو آخر التفكير في موضوع ،

في أي كوكبة كان GW150914 وفي أي كوكبة كان GW151226؟

(وهذا يعني ، ضمن نطاق عدم اليقين الكبير ، أفضل ما هو معروف في أي اتجاه هو المركز المحتمل لعدم اليقين هذا؟)


البيانات في الواقع غير مؤكدة للغاية. بالنسبة إلى GW150914 ، نشر LIGO هذه الصورة للمنطقة المحتملة للسماء:

تمتد المنطقة الأكثر احتمالاً على شكل موزة من Crux إلى سحابة Magellanic الكبيرة. عند مقارنة الصورة بخريطة كوكبة ، هناك العديد من الأبراج الصغيرة التي ربما استضافت الحدث. هؤلاء هم منسا وكاميليون وموسكا وكروكس.


تم الكشف عن موجات الجاذبية من الزوج الثاني من الثقوب السوداء المتصادمة

تُصوِّر هذه الصورة ثقبين أسودين قبل لحظات من اصطدامهما واندماجهما مع بعضهما البعض ، مُطلِقًا طاقة على شكل موجات ثقالية. في 26 ديسمبر 2015 ، بعد السفر لمدة 1.4 مليار سنة ، وصلت الأمواج إلى الأرض وأطلقت كاشفات LIGO المزدوجة. هذه هي المرة الثانية التي يكتشف فيها LIGO موجات الجاذبية ، مما يوفر تأكيدًا إضافيًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ويؤمن مستقبل علم فلك الموجات الثقالية كطريقة أساسية جديدة لمراقبة الكون. كانت كتلة الثقوب السوداء 14 و 8 أضعاف كتلة الشمس (LR) ، واندمجت لتشكل ثقبًا أسودًا جديدًا تبلغ كتلته 21 ضعف كتلة الشمس. تم تحويل كتلة إضافية من كتلة الشمس وإطلاقها في شكل طاقة الجاذبية. الائتمان: المحاكاة العددية: S. Ossokine و A. Buonanno ، معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ، ومشروع محاكاة الفضاء المتطرف (SXS). التصور العلمي: T.Detrich and R. Haas ، معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية.

في 26 ديسمبر 2015 الساعة 03:38:53 بالتوقيت العالمي ، لاحظ العلماء موجات الجاذبية - تموجات في نسيج الزمكان - للمرة الثانية.

تم الكشف عن موجات الجاذبية بواسطة كلا كاشفين مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ، الموجودان في ليفينغستون ، لويزيانا ، وهانفورد ، واشنطن ، الولايات المتحدة الأمريكية.

يتم تمويل مراصد LIGO من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ، وقد تم تصميمها وبنائها وتشغيلها بواسطة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الاكتشاف مقبول للنشر في المجلة رسائل المراجعة البدنية، من قبل LIGO Scientific Collaboration (الذي يشمل GEO Collaboration والاتحاد الأسترالي لعلم فلك الجاذبية التداخلية) و Virgo Collaboration باستخدام بيانات من كاشفين LIGO.

تحمل موجات الجاذبية معلومات عن أصولها وعن طبيعة الجاذبية التي لا يمكن الحصول عليها بطريقة أخرى ، وقد خلص الفيزيائيون إلى أن هذه الموجات الثقالية تم إنتاجها خلال اللحظات الأخيرة من اندماج ثقبين أسودين - 14 و 8 أضعاف كتلة الشمس —لتنتج ثقبًا أسودًا دوارًا واحدًا أكثر ضخامة تبلغ كتلته 21 ضعف كتلة الشمس.

تقول غابرييلا غونزاليس ، المتحدثة باسم LIGO Scientific Collaboration (LSC) وأستاذة الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية لويزيانا: "من المهم جدًا أن تكون هذه الثقوب السوداء أقل كثافة بكثير من تلك التي لوحظت في الاكتشاف الأول". "نظرًا لكتلها الأخف مقارنة بالاكتشاف الأول ، فقد أمضوا وقتًا أطول - حوالي ثانية واحدة - في النطاق الحساس للكاشفات. إنها بداية واعدة لرسم خرائط لمجموعات الثقوب السوداء في كوننا."

أثناء الاندماج ، الذي حدث قبل 1.4 مليار سنة تقريبًا ، تم تحويل كمية من الطاقة تعادل تقريبًا كتلة الشمس إلى موجات ثقالية. تأتي الإشارة المكتشفة من آخر 27 مدارًا للثقوب السوداء قبل اندماجها. بناءً على وقت وصول الإشارات - مع كاشف ليفينجستون الذي يقيس الموجات 1.1 مللي ثانية قبل كاشف هانفورد - يمكن تحديد موضع المصدر في السماء تقريبًا.

"في المستقبل القريب ، سينضم مقياس التداخل الأوروبي Virgo ، إلى شبكة متنامية من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ، والتي تعمل جنبًا إلى جنب مع التلسكوبات الأرضية التي تتابع الإشارات" ، كما يشير فولفيو ريتشي ، المتحدث باسم Virgo Collaboration ، وهو فيزيائي في Istituto Nazionale di Nucleare (INFN) وأستاذ في جامعة Sapienza في روما. "ستسمح مقاييس التداخل الثلاثة معًا بتوطين أفضل للإشارات في سماء".

كان الكشف الأول عن موجات الجاذبية ، الذي تم الإعلان عنه في 11 فبراير 2016 ، علامة فارقة في الفيزياء وعلم الفلك ، حيث أكد تنبؤًا رئيسيًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين في عام 1915 ، ومثل بداية المجال الجديد لعلم فلك الموجات الثقالية.

يقول ألبرت لازاريني من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، نائب مدير مختبر ليجو ، إن الاكتشاف الثاني "قد وضع حقًا" O "للمرصد في LIGO". "من خلال اكتشاف حدثين قويين في الأشهر الأربعة من تشغيلنا الأول للرصد ، يمكننا البدء في وضع تنبؤات حول عدد المرات التي قد نسمع فيها موجات الجاذبية في المستقبل. يقدم لنا LIGO طريقة جديدة لمراقبة بعض من أحلك الأحداث حتى الآن أكثر الأحداث نشاطًا في عالمنا ".

يقول ديفيد شوميكر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الذي قاد برنامج بناء كاشف LIGO المتقدم: "لقد بدأنا في الحصول على لمحة عن نوع المعلومات الفيزيائية الفلكية الجديدة التي يمكن أن تأتي فقط من كاشفات موجات الجاذبية".

أصبح كلا الاكتشافين ممكنًا بفضل القدرات المحسّنة لـ LIGO المتقدمة ، وهي ترقية رئيسية تزيد من حساسية الأدوات مقارنة بالجيل الأول من كاشفات LIGO ، مما يتيح زيادة كبيرة في حجم الكون الذي تم فحصه

"مع ظهور LIGO المتقدم ، توقعنا أن ينجح الباحثون في نهاية المطاف في اكتشاف ظواهر غير متوقعة ، لكن هذين الاكتشافين حتى الآن تجاوزا توقعاتنا ،" كما قال مدير مؤسسة العلوم الوطنية فرانس أ. كوردوفا. "إن استثمار NSF لمدة 40 عامًا في هذا البحث التأسيسي يعطي بالفعل معلومات جديدة حول طبيعة الكون المظلم."

سيبدأ التشغيل التالي لأخذ البيانات من LIGO المتقدم هذا الخريف. بحلول ذلك الوقت ، من المتوقع أن تؤدي التحسينات الإضافية في حساسية الكاشف إلى السماح لـ LIGO بالوصول إلى ما يصل إلى 1.5 إلى 2 ضعف حجم الكون. من المتوقع أن ينضم كاشف برج العذراء في النصف الأخير من مسار المراقبة القادم.

يتم إجراء أبحاث LIGO بواسطة LIGO Scientific Collaboration (LSC) ، وهي مجموعة تضم أكثر من 1000 عالم من جامعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة وفي 14 دولة أخرى. تقوم أكثر من 90 جامعة ومعهد بحث في LSC بتطوير تقنية الكاشف وتحليل البيانات ، ما يقرب من 250 طالبًا يساهمون بقوة في التعاون. تتضمن شبكة الكاشف LSC مقاييس التداخل LIGO وكاشف GEO600.

يتم إجراء أبحاث برج العذراء بواسطة Virgo Collaboration ، التي تتكون من أكثر من 250 فيزيائيًا ومهندسًا ينتمون إلى 19 مجموعة بحث أوروبية مختلفة: 6 من المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في فرنسا 8 من Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) في إيطاليا 2 في هولندا مع Nikhef و MTA Wigner RCP في المجر ومجموعة POLGRAW في بولندا ومرصد الجاذبية الأوروبي (EGO) ، وهو المختبر الذي يستضيف كاشف برج العذراء بالقرب من بيزا في إيطاليا.


في أي كوكبين ، كان حدثا موجتي الجاذبية لعام 2016؟ - الفلك

يشير "الانفجار" في مجسات LIGO و Virgo إلى مصدر موجات الجاذبية الأكثر ضخامة حتى الآن

بيان صحفي وثور 2 سبتمبر 2020

GW190521 ، من المحتمل أن ينتج عن اندماج ثنائي للثقب الأسود موجات ثقالية تساوي طاقة ثمانية شموس.

يجد LIGO-Virgo كائنًا غامضًا في & quotMass Gap & quot

بيان صحفي وثور 23 يونيو 2020

أبلغ LIGO و Virgo عن ملاحظة اندماج يتضمن ثقبًا أسودًا من 23 كتلة شمسية وجسمًا مضغوطًا من 2.6 كتلة شمسية ، تم اكتشافه خلال تشغيل المراقبة الثالث لـ LIGO و Virgo في 14 أغسطس 2019. نتج عن الاندماج ثقب أسود نهائي بحوالي حوالي 25 كتلة شمسية ، تقع على بعد 800 مليون سنة ضوئية من الأرض.

ندوة LIGO-Virgo-KAGRA عبر الإنترنت حول البحث الأخير عن تواقيع العدسة في ملاحظات موجات الجاذبية

بيان صحفي وثور 24 مايو 2021

شاهد فيديو للندوة عبر الإنترنت.

الإفراج عن سلالة سائبة O3a

بيان صحفي وثور 17 أبريل 2021

ندوة عبر الإنترنت من LIGO-Virgo-KAGRA لمناقشة النتائج الجديدة حول خلفية موجة الجاذبية

بيان صحفي وثور 2 فبراير 2021

LIGO و Virgo لتلقي لوحات IEEE Milestone

بيان صحفي وثور 22 يناير 2021

الإعلان عن الفائز بجائزة 2020 للتميز في توصيف ومعايرة الكاشف

بيان صحفي وثور 23 نوفمبر 2020

خطط تشغيل LIGO و Virgo و Kagra للمراقبة

بيان صحفي وثور 17 نوفمبر 2020

الاتصال بـ LIGO Caltech

مختبر LIGO
MC 100-36
معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
باسادينا ، كاليفورنيا 91125

المعلومات: (626) 395-2129

يتم دعم مختبر LIGO من قبل مؤسسة العلوم الوطنية ويتم تشغيله بشكل مشترك من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. أي آراء ونتائج واستنتاجات أو توصيات معبر عنها في هذه المادة لا تعكس بالضرورة وجهات نظر المؤسسة الوطنية للعلوم.

مختبر LIGO هو عضو في LIGO Scientific Collaboration.
نلاحظ العلوم وننشرها من خلال تعاون العذراء


عندما تصطدم الثقوب السوداء

باستخدام حفنة من معادلات أينشتاين ، تراجع العلماء عن الموجات المرصودة لتحديد نوع الحدث الفيزيائي الفلكي الذي يقع اللوم. في هذه الحالة ، أشارت هذه المعادلات إلى أن ثقبين أسودين متصادمين كانا الجاني - وأنه عندما اندمجا ، شكلوا ثقبًا أسودًا جديدًا ، واحد به أكثر بقليل من 60 كتلة شمسية.

شرح موجات الجاذبية

تشكل الثقوب السوداء بسبب موت وانهيار النجوم الضخمة ، وهي من بين أغرب الأشياء في الكون المعروف - إذا كان بإمكانك تسميتها "أجسام". من السهل التفكير في الثقب الأسود على أنه كتلة من المادة شديدة الكثافة لدرجة أن جاذبيته تحبس كل شيء يقترب كثيرًا ، حتى الضوء. لكن الثقوب السوداء هي أقل "أشياء" أو "أشياء" من مناطق الزمكان شديد الانحناء والقاع. وهكذا ، عندما يندمج ثقبان أسودان ، يكون الحدث غير عادي.

يصف وينشتاين: "إنه نوع من الفوضى العارمة للفضاء المنحني ، الذي يتغير بسرعة".

في التصادم الذي اكتشفه ليجو ، كان الثقبان الأسودان يدوران ببطء حول بعضهما البعض لملايين أو بلايين السنين. ولكن مع اقتراب الجسمين أكثر فأكثر ، تسارعت مداراتهما حتى النهاية ، كانا يدوران حول بعضهما البعض تقريبًا بنصف سرعة الضوء وينبعثان كميات هائلة من الطاقة في شكل موجات جاذبية تفسد الفضاء.

ثم اندمجت الثقوب السوداء. في الثانية الأخيرة قبل هذا الحدث ، أصدرت الثقوب السوداء الملتفة طاقة أكثر من الكون بأسره المنبعثة في جميع أشكال الإشعاع. بمجرد اندماجهم ، تذبذب الثقب الأسود المُندمج الناتج حوله قليلاً قبل أن يستقر ، مُصدرًا ما يُعرف باسم Ringdown ، أو نوعًا من اللحظات الأخيرة قبل الهدوء.

إنها قصة مثيرة للإعجاب ، ترويها التحولات اللامتناهية في الصغر في المسافة بين المرايا على الأرض.

يقول عالم الفلك سكوت رانسوم من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي ، والذي اطلع على مخطوطة الفريق ، والتي نُشرت في رسائل المراجعة البدنية. "رؤية الموجات في نواتج الكاشف" الخام "، دون أي تدليك إحصائي خاص ، هو أكثر مما كان يأمله أي شخص تقريبًا."

العلماء في فريق LIGO واثقون من أن الإشارة حقيقية في الواقع ، فقد حسبوا أن مثل هذا الإنذار الخاطئ المقنع لن يصل أكثر من مرة واحدة كل 200000 عام. هذا ليس صحيحًا بالنسبة لجميع اكتشافات موجات الجاذبية المحتملة التي جمعها الفريق حتى الآن. عثر LIGO على إشارة واحدة أخرى على الأقل - في 12 أكتوبر - تم إنتاجها عن طريق دمج الثقوب السوداء ، لكن العلماء لا يستطيعون الجزم بأنه ليس إنذارًا كاذبًا.


يرى ليجو أول موجات جاذبية على الإطلاق حيث يلتهم ثقبان أسودان بعضهما البعض

بداية أفضل في إبراز بعض ميداليات جائزة نوبل الجديدة: أفاد العلماء أنهم ، لأول مرة في التاريخ ، اكتشفوا موجات الجاذبية.

ويا نعم ، هذا هو جدا صفقة كبيرة. سيفتح مجالًا جديدًا تمامًا لعلم الفلك ، طريقة جديدة لمراقبة الكون. عنجد.

موجات الجاذبية (يجب عدم الخلط بينها وبين موجات الجاذبية ، والتي هي أمر مختلف تمامًا) هي تموجات في نسيج الزمكان ، تحدث عندما يتم تسريع جسم ضخم. بحلول الوقت الذي يصلون فيه إلى هنا من أجسام فلكية بعيدة ، يكون للأمواج طاقة منخفضة بشكل لا يصدق ويصعب اكتشافها بشكل كبير ، ولهذا السبب استغرق اكتشافها قرنًا منذ أن تم التنبؤ بها لأول مرة بواسطة نظرية النسبية العامة لأينشتاين. تم العثور على كل تنبؤات أخرى حول GR صحيحة بشكل أساسي ، ولكن كان من الصعب للغاية إثبات وجود موجات الجاذبية بشكل مباشر.

حتى الآن. وما تسبب في موجات الجاذبية التي اكتشفوها في مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية هو أمر مذهل ومذهل مثل الموجات نفسها: لقد التقطوا دوامة الموت وعواقب اثنين من الثقوب السوداء الضخمة على بعد 1.3 مليار سنة ضوئية من الأرض ، ودمجا معًا في حدث جبار وعنيف بشكل كارثي.

ضع في اعتبارك ، لقد كان لدينا بعض الأدلة الجيدة على وجود مثل هذه الثقوب السوداء الثنائية قبل ذلك ، ولكن هذه النتيجة الجديدة تثبت إلى حد كبير وجودها وأنها ، بمرور الوقت ، تصطدم وتندمج في النهاية. انه ضخم.

كانت الثقوب السوداء كتلتها 36 و 29 ضعف كتلة الشمس قبل أن تندمج. بعد قاموا بدمجهما وخلقوا ثقبًا أسودًا واحدًا كتلته 62 ضعف كتلة الشمس. قد تلاحظ أن هذه الكتل لا تتراكم فهناك 3 كتل شمسية مفقودة. هذه الكتلة لم تختف فقط! تم تحويلها إلى طاقة: طاقة موجات الجاذبية نفسها. و ال كمية من الطاقة مذهل: أطلق هذا الحدث الفردي قدرًا من الطاقة مثل الشمس في 15 تريليون سنوات.

أنا أعرف. لا يوجد شيء في هذه القصة ليس رائعًا بشكل لا يصدق.

لذا ، لفهم كل هذا بشكل أفضل ، ستحتاج إلى القليل من الخلفية. هذه كلها أشياء مثيرة للعقل ، لكنني أعدك بأنها تستحق ذلك.

ما هي موجة الجاذبية على أي حال؟

تتمثل إحدى نتائج نظرية النسبية العامة لأينشتاين في أن المكان والزمان وجهان لشيء واحد ، وهو ما نسميه الزمكان. هناك الكثير من المقارنات له ، لكن يمكنك التفكير فيه على أنه نسيج الفضاء ، نسيج رباعي الأبعاد (ثلاثة من الفضاء وواحد من الزمن) نندمج فيه جميعًا. تذكر ، الأمر ليس كذلك حرفيا مثل هذا نحن نستخدم القياس. لكنها ستساعدك على تصور ذلك.

نحن نفكر في الجاذبية كقوة تجذبنا نحو شيء ما. لكن أينشتاين أعاد تصورها ، واعتبرها نتيجة لالتواء الزمكان. جسم ضخم يشوه شكل الفضاء ، ويتسارع جسم آخر يتحرك عبر ذلك الفضاء المشوه. نحن نرى ذلك على أنه جاذبية. بعبارة أخرى ، تخبر المادة الفضاء كيف ينحني ، ويخبر الفضاء المادة كيف تتحرك.

النتيجة الأخرى لرياضيات GR هي أنه إذا تم تسريع جسم ضخم ، فسوف يتسبب ذلك في تموجات وموجات تبتعد عن نفسها أثناء تحركها. هذه في الواقع تموجات في نسيج الزمكان نفسه! يتوسع الزمكان وينكمش بطرق معقدة مع مرور الموجة ، تمامًا مثل كيفية تحرك التموجات من صخرة سقطت في بركة ، مما يؤدي إلى تشويه سطح الماء.

هناك العديد من الطرق لتوليد موجات الجاذبية. كلما كان الجسم أكثر كثافة وكثافة ، وكلما زادت صعوبة تسارعه ، كانت الموجات أكثر حدة وطاقة. تتحرك الأرض حول الشمس مرة كل عام ، وتتسارع بفعل جاذبية الشمس. لكن الحركة بطيئة جدًا وكتلة الأرض منخفضة جدًا بحيث لا تأمل في اكتشاف الموجات الطرية المنبعثة.

لكن إذا كان لديك جسمان أكثر ضخامة - مثل ، على سبيل المثال ، النجوم النيوترونية ، النوى ذات الكثافة الفائقة للنجوم التي انفجرت سابقًا - فإنها تولد بالفعل موجات يمكننا رؤيتها.

في الواقع ، لدينا! كندة. في عام 1974 ، اكتشف علماء الفلك جوزيف تايلور ورسل هولس نظام نجمي نيوتروني ثنائي. هذان الجسمان الضخمان يدوران حول بعضهما البعض بسرعة كبيرة ، مرة كل ثماني ساعات أو نحو ذلك. كما يفعلون ، يصدرون قدرًا ضئيلًا من الطاقة على شكل موجات الجاذبية. تأتي هذه الطاقة من الطاقة المدارية للنجوم نفسها ، لذلك عندما تنبعث منها موجات الجاذبية ، فإنها تفقد الطاقة المدارية. يتقلص المدار ، والوقت الذي يستغرقه النجمان للدوران حول بعضهما البعض يسقط. بمرور الوقت ، يمكن قياس هذا "الانحلال المداري" بدقة شديدة ... وقد شوهد! ليس ذلك فحسب ، بل إنه يطابق توقعات GR تماما.

فاز تايلور وهالس بجائزة نوبل لهذا الغرض. وقد اكتشفوا موجات الجاذبية فقط بشكل غير مباشر. لقد رأوا كيف أثر فقدان الطاقة عن طريق انبعاث الأمواج على مدارات النجوم. لكنهم لم يرصدوا الموجات بأنفسهم.

إذن كيف فعلها LIGO؟

تأتي موجات الجاذبية في العديد من الأشكال والأشكال ، ولكن ما تفعله جميعًا هو تشويه شكل الفضاء بشكل غير محدود. لكن كيف تقيس ذلك؟ ليس الأمر كما لو أنه يمكنك حمل مسطرة بين كائنين وقياس مدى تغير المسافة بينهما عند مرور الموجة ...

… حق؟ اه انتظر. اتضح لك تستطيع.

أدخل LIGO: مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية. LIGO عبارة عن منشأتين ، أحدهما يقع في ولاية واشنطن والآخر في لويزيانا (يشترك في تشغيله معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا). ولا هذا أيضًا ما قد تعتقد أنه مرصد فلكي: فكل منهما يتكون من أنابيب طويلة جدًا مرتبة على شكل حرف L. توجد مرآة في النهاية البعيدة لكل أنبوب يبلغ طوله 4 كيلومترات.

يوجد ليزر قوي جدًا بالقرب من قمة الرأس L ، حيث تلتقي الأنابيب. يرسل نبضة من الضوء في مرآة خاصة تقسم الحزمة ، وترسل نصفها إلى أسفل أحد الأنابيب ، والنصف الآخر أسفل الأنبوب الآخر. كل مرآة تنعكس عبارة عن شعاع أسفل الأنبوب ، ثم يتم إعادة تجميعها داخل الكاشف.

إليك مقطع فيديو (الائتمان: NSF) يصف كيفية عمل ذلك:

اسمحوا لي أن أضيف ما يبدو وكأنه غير متسلسل للمساعدة في توضيح ذلك: هل سبق لك أن جلست في حوض من الماء وقمت بدفع جسدك ذهابًا وإيابًا؟ إذا كان الوقت مناسبًا تمامًا ، يمكنك تضخيم موجة الماء العائدة إليك ، مما يجعلها تتناثر أعلى. يمكنك أيضًا تحديد الوقت المناسب تمامًا بحيث تتحرك بطريقة تمنع الموجة القادمة إليك أيضًا.

تشكل حركة جسمك الموجة الأولى. عندما تتحرك مرة أخرى ، فإنك تقوم بموجة ثانية. عندما تصطدم قمة الموجة الأولى بقمة الموجة الثانية ، فإنها تضخم بعضها البعض. إذا كان الحوض الصغير من الموجة الثانية تضرب قمة الموجة الأولى ، فإنها تلغي بعضها البعض.

هذا يسمى التدخل. حيث تقوم الموجات بتضخيم تداخلها البناء ، وحيث تلغي بعضها البعض تدخلها المدمر.

الضوء موجة. إذا تم إعداد الليزر والمرآتين في LIGO بشكل صحيح تمامًا ، فسيتداخل الشعاعتان مع بعضهما البعض عندما يصلان إلى الكاشف. يمكن رؤية أنماط التداخل ، التي تسمى الحواف ، عند القيام بذلك ، ويعتمد النمط الدقيق المرئي ، جزئيًا على المسافة الدقيقة بين المرايا. إذا تحركت إحدى المرآة قليلاً بالنسبة إلى الأخرى ، فإن نمط الهامش يتغير.

انظر الى اين ستذهب هذه؟ إذا مرت موجة جاذبية عبر ليجو ، فإن إحدى المرآة ستحرك كمية صغيرة جدًا بالنسبة إلى الأخرى ، وهذا سيحدث تغييرًا في نمط الهامش. الحواف حساسة للتغيرات الصغيرة للغاية في وضع المرآة ، لذا فهذه طريقة رائعة للبحث عن موجات الجاذبية.

ما مدى الحساسية؟ موجة جاذبية نموذجية ستحرك المرايا بحوالي 0.0001 ضعف حجم نواة الذرة! لذا نعم ، هم كذلك حساس.

لدى LIGO إعدادين من هذا القبيل يقعان على بعد آلاف الكيلومترات للمساعدة في تمييز المصادر الفلكية الحقيقية عن أشياء مثل الزلازل والشاحنات التي تسير بالقرب وما إلى ذلك. بدأ تشغيل LIGO لأول مرة في عام 2002. وعلى مدار ما يقرب من عقد من الزمان ، بدا أنه لم يعثر على موجات ثقالية. في عام 2010 ، تم إغلاقه لإجراء ترقية كبيرة ، مما جعله أكثر حساسية. بدأ هذا التكوين الجديد في المراقبة في سبتمبر 2015.

على ما يبدو ، كل هذا الوقت كانوا على حق على عتبة الكشف. بمجرد استخدام الحفارة الأكثر حساسية ، لم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن تصل إلى paydirt: تم اكتشاف هذه الإشارة في 14 سبتمبر!

ماذا رأو؟

الآن نحن جاهزون لتجميع كل هذا معًا.

تخيل اثنين من الثقوب السوداء في مدار ضيق للغاية حول بعضهما البعض. كلاهما ضخم ، ويدوران حول بعضهما البعض بجزء كبير من سرعة الضوء. سوف يقومون بصب موجات الجاذبية ، وتموجات في الزمكان يتمدد بسرعة الضوء. من الممكن أن يكتشف LIGO شيئًا من هذا القبيل ، ولكن هناك المزيد لهذا.

عندما تدور الثقوب السوداء بجنون وتصدر موجات جاذبية ، فإنها تفقد الطاقة المدارية. مثل النجوم النيوترونية التي حصلت على جائزة نوبل لتايلور وهالس ، يتقلص مدار الثقوب السوداء. إنهم يدورون حول بعضهم البعض بشكل أسرع.

يؤثر هذا التغيير في معدل دورانها على الموجات التي تنبعث منها. يعتمد تردد الموجات (كم عدد الموجات المنبعثة في الثانية) على مدى السرعة التي يدور بها الجسمان حول بعضهما البعض. مع تقلص مدار الثقوب السوداء ، تدور حول بعضها بشكل أسرع ، ويزداد تردد موجات الجاذبية. ولكن نظرًا لأن الثقوب السوداء تتحرك بسرعة أكبر ، فإنها تنبعث منها المزيد من الموجات ، لذلك تفقد الطاقة بشكل أسرع ، لذا فهي تنبعث منها أكثر أمواج.

هذا تأثير جامح. الثقوب السوداء تقترب أكثر فأكثر من بعضها ، وتدور حول بعضها البعض بشكل أسرع ، وتصدر موجات جاذبية أكثر وأقوى بتردد أعلى ... حتى تلتهم الثقوب السوداء بعضها البعض! يندمجون ليصبحوا ثقبًا أسود واحدًا (أكبر قليلاً).

ما يراه LIGO عندما يحدث هذا هو توقيع موجات الجاذبية ، مع ارتفاع التردد طوال الوقت. الصوت أيضًا عبارة عن موجة ، وتردد الموجات الصوتية هو ما نفسره على أنه طبقة الصوت. الصوت ذو التردد العالي ذو درجة أعلى ، فهو نغمة أعلى ، إذا كنت تفضل ذلك.

مع اقتراب الثقوب السوداء من الاندماج ، يرتفع ترددها. في القياس الصوتي ، يبدو الأمر كما لو أنهم يغنون نوتة موسيقية ، وكلما اقتربوا ، تصبح النغمة أقوى وأقوى وأعلى وأعلى. في النهاية ، تكون الزيادة في درجة الصوت سريعة جدًا لدرجة أنها ترتفع بسرعة كبيرة للغاية: هذا هو غرد.

حرفيًا ، الغرد هو صوت يزداد فيه التردد بسرعة (استمع إلى واحد هنا). لذا فإن توقيع ثقبين أسودين (أو نجوم نيوترونية ، أو حتى أقزام بيضاء) يلهمان ويندمجان هو زقزقة في موجات الجاذبية. إذا لاحظت ذلك ، فقد شاهدت الثقوب السوداء في The Moment Of Truth ، عندما أصبح اثنان منها واحدًا.

وهناك جزء أخير يعزز الثقة: تم اكتشاف الإشارة من الثقوب السوداء المندمجة في كاشف ولاية واشنطن أولاً ، ثم في كاشف لويزيانا بعد 7 مللي ثانية. كان هذا التأخير بسبب تحرك الموجات بسرعة الضوء عبر الفضاء!

هذا الاندماج مذهل بكل بساطة. إنها واحدة من أكثر الأحداث كارثية في الكون ، وحتى العام الماضي فقط كنا عمياء بشكل أساسي عنها.

مع هذا الاكتشاف بواسطة LIGO ، يبدأ عصر جديد في علم الفلك. في كثير من الحالات ، تنبعث موجات الجاذبية من أشياء لا يمكننا رؤيتها مباشرة ، مثل اندماج الثقوب السوداء ، أو النجوم النيوترونية الثنائية. في بعض الأحيان ، على الرغم من أن هذه الأشياء تبعث ضوءًا مرئيًا. يمكن للمستعر الأعظم - نجم متفجر - أن يصدر موجات ثقالية. والأكثر إثارة ، أنه عندما يندمج نجمان نيوترونيان ويشكلان ثقبًا أسود ، فإنهما لا يطلقان موجات الجاذبية فحسب ، بل يطلقان أيضًا وميضًا ضخمًا من الطاقة على شكل أشعة جاما وحتى الضوء المرئي. تحدث انفجارات أشعة جاما في الكون كل يوم ، ونراها طوال الوقت. إذا تمكنا أيضًا من اكتشاف موجات الجاذبية المنبعثة منها ، فسيساعد ذلك علماء الفلك على فهم هذه الظواهر الغريبة والعنيفة بشكل لا يصدق.


هل وجد كاشف الموجات الثقالية المادة المظلمة؟

تُصوِّر هذه الصورة ثقبين أسودين قبل لحظات من اصطدامهما واندماجهما مع بعضهما البعض ، مُطلِقًا طاقة على شكل موجات ثقالية. في 26 ديسمبر 2015 ، بعد السفر لمدة 1.4 مليار سنة ، وصلت الأمواج إلى الأرض وأطلقت كاشفات LIGO المزدوجة. هذه هي المرة الثانية التي يكتشف فيها LIGO موجات الجاذبية ، مما يوفر تأكيدًا إضافيًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين وتأمين مستقبل علم فلك الموجات الثقالية كطريقة جديدة بشكل أساسي لمراقبة الكون. كانت كتلة الثقوب السوداء 14 و 8 أضعاف كتلة الشمس (LR) ، واندمجت لتشكل ثقبًا أسودًا جديدًا تبلغ كتلته 21 ضعف كتلة الشمس. تم تحويل كتلة إضافية بقيمة Sun & # 8217s وإطلاقها في شكل طاقة الجاذبية. رصيد الصورة: المحاكاة العددية: S. Ossokine و A. Buonanno ، معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ، ومشروع محاكاة الفضاء الفائق (SXS). التصور العلمي: T.Detrich and R. Haas ، معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية. بدأ العلماء الثمانية من قسم الفيزياء والفلك بجامعة جونز هوبكنز هنري أيه رولاند بالفعل في إجراء الحسابات عندما تم الإعلان عن اكتشاف مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) في فبراير. تم نشر نتائجهم مؤخرًا في مجلة Physical Review Letters ، وتكشف عن فرضية تقترح حلًا لغموض باقٍ في الفيزياء الفلكية.

& # 8220 نعتبر إمكانية أن يكون ثنائي الثقب الأسود الذي اكتشفه LIGO علامة على المادة المظلمة ، وكتب # 8221 العلماء في ملخصهم ، مشيرين إلى زوج الثقب الأسود على أنه & # 8220 ثنائي. & # 8221 ما يلي هو خمس صفحات من المعادلات الرياضية المشروحة توضح كيف اعتبر الباحثون كتلة الجسمين اللذين اكتشفهما LIGO كنقطة انطلاق ، مما يشير إلى أن هذه الأشياء يمكن أن تكون جزءًا من المادة الغامضة المعروفة بأنها تشكل حوالي 85٪ من كتلة الكون.

على سبيل التكهنات العلمية منذ الثلاثينيات ، تمت دراسة المادة المظلمة مؤخرًا بدقة أكبر ، ظهر المزيد من الأدلة منذ السبعينيات ، وإن كان ذلك دائمًا بشكل غير مباشر. في حين أن المادة المظلمة نفسها لا يمكن اكتشافها بعد ، يمكن أن تكون آثارها الجاذبية كذلك. على سبيل المثال ، يُعتقد أن تأثير المادة المظلمة القريبة يفسر التناقضات في دوران المادة المرئية في المجرات.

أصيب فريق جونز هوبكنز ، بقيادة زميل ما بعد الدكتوراه سيميون بيرد ، بصدمة من كتلة الثقوب السوداء التي اكتشفها مرصد LIGO ، الذي يتكون من نظامي اكتشاف واسعين على شكل حرف L مثبتين على الأرض. أحدهما في لويزيانا والآخر في ولاية واشنطن.

تقاس كتل الثقب الأسود من حيث مضاعفات شمسنا. كانت الأجسام المتصادمة التي ولّدت موجة الجاذبية التي اكتشفها LIGO و [مدش] مشروعًا مشتركًا بين معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا و [مدش] 36 و 29 كتلة شمسية. هذه أكبر من أن تتناسب مع تنبؤات حجم معظم الثقوب السوداء النجمية ، الهياكل فائقة الكثافة التي تتشكل عندما تنهار النجوم. لكنها أيضًا أصغر من أن تتناسب مع التوقعات الخاصة بحجم الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرات.

ومع ذلك ، يتناسب الجسمان اللذان تم اكتشافهما في LIGO ضمن النطاق المتوقع للكتلة & # 8220primordial & # 8221 الثقوب السوداء.

يعتقد أن الثقوب السوداء البدائية قد تشكلت ليس من النجوم ولكن من انهيار مساحات كبيرة من الغاز أثناء ولادة الكون. في حين أن وجود الثقوب السوداء لم يتم إثباته على وجه اليقين ، فقد تم اقتراح الثقوب السوداء البدائية في الماضي كحل محتمل لغموض المادة المظلمة. نظرًا لوجود القليل من الأدلة على وجود & # 8217s ، فإن & # 8220s المادة المظلمة هي الثقوب السوداء البدائية & # 8221 فرضية لم تكتسب عددًا كبيرًا من المتابعين بين العلماء.

ومع ذلك ، فإن نتائج LIGO تثير الاحتمالات من جديد ، خاصة وأن الأجسام المكتشفة في تلك التجربة تتوافق مع الكتلة المتوقعة للمادة المظلمة. توقع العلماء في الماضي أن الظروف عند ولادة الكون كانت ستنتج الكثير من هذه الثقوب السوداء البدائية الموزعة بالتساوي تقريبًا في الكون ، متجمعة في هالات حول المجرات. كل هذا سيجعلهم مرشحين جيدين للمادة المظلمة.

قام فريق جونز هوبكنز بحساب عدد المرات التي ستشكل فيها هذه الثقوب السوداء البدائية أزواجًا ثنائية ، وفي النهاية تصطدم. مع الأخذ في الاعتبار الحجم والشكل الممدود الذي يُعتقد أنه يميز المدارات الثنائية للثقب الأسود البدائي ، توصل الفريق إلى معدل تصادم يتوافق مع نتائج LIGO.

& # 8220 نحن لا نقترح أن هذه هي المادة المظلمة ، & # 8221 قال أحد المؤلفين ، مارك كاميونكوسكي ، أستاذ ويليام ر. كينان جونيور في قسم الفيزياء وعلم الفلك. & # 8220 نحن & # 8217re لن نراهن على المنزل. إنها & # 8217 حجة معقولة. & # 8221

ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات من LIGO وغيرها من الأدلة لدعم الفرضية ، بما في ذلك المزيد من الاكتشافات مثل تلك التي تم الإعلان عنها للتو. يمكن أن يشير ذلك إلى وفرة أكبر من الأشياء من كتلة التوقيع تلك.

& # 8220 إذا كان لديك الكثير من الأحداث التي تتكون من 30 كتلة ، فهذا يستدعي تفسيرًا ، & # 8221 قال المؤلف المشارك إيلي دي كوفيتز ، زميل ما بعد الدكتوراه في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة جونز هوبكنز. & # 8220 قال إن اكتشاف موجات الجاذبية يمكن أن يكون مرتبطًا بالمادة المظلمة & # 8221 يخلق الكثير من الإثارة بين علماء الفيزياء الفلكية.


محتويات

تنبأ ألبرت أينشتاين في الأصل بوجود موجات الجاذبية في عام 1916 ، [24] [25] على أساس نظريته في النسبية العامة. [26] تفسر النسبية العامة الجاذبية كنتيجة للتشوهات في الزمكان التي تسببها الكتلة. لذلك ، توقع أينشتاين أيضًا أن الأحداث في الكون ستسبب "تموجات" في الزمكان - تشوهات في الزمكان نفسه - والتي ستنتشر إلى الخارج ، على الرغم من أنها ستكون صغيرة جدًا لدرجة أنه سيكون من المستحيل تقريبًا اكتشافها بواسطة أي تقنية متوقعة في ذلك الوقت. [13] تم التنبؤ أيضًا بأن الأجسام المتحركة في مدار ستفقد الطاقة لهذا السبب (نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة) ، حيث يتم إطلاق بعض الطاقة كموجات جاذبية ، على الرغم من أن هذا سيكون صغيرًا بشكل غير ملحوظ في جميع لكن الحالات القصوى. [27]

إحدى الحالات التي تكون فيها موجات الجاذبية أقوى ما تكون خلال اللحظات الأخيرة من اندماج جسمين مضغوطين مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء. على مدى ملايين السنين ، تفقد النجوم النيوترونية الثنائية والثقوب السوداء الثنائية الطاقة ، إلى حد كبير من خلال موجات الجاذبية ، ونتيجة لذلك ، تتصاعد باتجاه بعضها البعض. في نهاية هذه العملية ، سيصل الجسمان إلى سرعات قصوى ، وفي الجزء الأخير من الثانية من اندماجهما ، ستتحول كمية كبيرة من كتلتهما نظريًا إلى طاقة جاذبية ، وتنتقل إلى الخارج على شكل موجات جاذبية ، [28 ] إتاحة فرصة أكبر من المعتاد للكشف. ومع ذلك ، نظرًا لعدم معرفة الكثير عن عدد الثنائيات المدمجة في الكون والوصول إلى تلك المرحلة النهائية يمكن أن يكون بطيئًا للغاية ، كان هناك القليل من اليقين بشأن عدد المرات التي قد تحدث فيها مثل هذه الأحداث. [29]

تحرير الملاحظة

يمكن اكتشاف موجات الجاذبية بشكل غير مباشر - من خلال مراقبة الظواهر السماوية التي تسببها موجات الجاذبية - أو بشكل مباشر عن طريق أدوات مثل LIGO الأرضية أو أداة LISA الفضائية المخطط لها. [30]

تحرير الملاحظة غير المباشرة

Evidence of gravitational waves was first deduced in 1974 through the motion of the double neutron star system PSR B1913+16, in which one of the stars is a pulsar that emits electro-magnetic pulses at radio frequencies at precise, regular intervals as it rotates. Russell Hulse and Joseph Taylor, who discovered the stars, also showed that over time, the frequency of pulses shortened, and that the stars were gradually spiralling towards each other with an energy loss that agreed closely with the predicted energy that would be radiated by gravitational waves. [31] [32] For this work, Hulse and Taylor were awarded the Nobel Prize in Physics in 1993. [33] Further observations of this pulsar and others in multiple systems (such as the double pulsar system PSR J0737-3039) also agree with General Relativity to high precision. [34] [35]

Direct observation Edit

Direct observation of gravitational waves was not possible for the many decades after they were predicted due to the minuscule effect that would need to be detected and separated from the background of vibrations present everywhere on Earth. A technique called interferometry was suggested in the 1960s and eventually technology developed sufficiently for this technique to become feasible.

In the present approach used by LIGO, a laser beam is split and the two halves are recombined after travelling different paths. Changes to the length of the paths or the time taken for the two split beams, caused by the effect of passing gravitational waves, to reach the point where they recombine are revealed as "beats". Such a technique is extremely sensitive to tiny changes in the distance or time taken to traverse the two paths. In theory, an interferometer with arms about 4 km long would be capable of revealing the change of space-time – a tiny fraction of the size of a single proton – as a gravitational wave of sufficient strength passed through Earth from elsewhere. This effect would be perceptible only to other interferometers of a similar size, such as the Virgo, GEO 600 and planned KAGRA and INDIGO detectors. In practice at least two interferometers would be needed because any gravitational wave would be detected at both of these but other kinds of disturbance would generally not be present at both. This technique allows the sought-after signal to be distinguished from noise. This project was eventually founded in 1992 as the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). The original instruments were upgraded between 2010 and 2015 (to Advanced LIGO), giving an increase of around 10 times their original sensitivity. [36]

Initial LIGO operations between 2002 and 2010 did not detect any statistically significant events that could be confirmed as gravitational waves. This was followed by a multi-year shut-down while the detectors were replaced by much improved "Advanced LIGO" versions. [37] In February 2015, the two advanced detectors were brought into engineering mode, in which the instruments are operating fully for the purpose of testing and confirming they are functioning correctly before being used for research, [38] with formal science observations due to begin on 18 September 2015. [39]

Throughout the development and initial observations by LIGO, several "blind injections" of fake gravitational wave signals were introduced to test the ability of the researchers to identify such signals. To protect the efficacy of blind injections, only four LIGO scientists knew when such injections occurred, and that information was revealed only after a signal had been thoroughly analyzed by researchers. [40] On 14 September 2015, while LIGO was running in engineering mode but without any blind data injections, the instrument reported a possible gravitational wave detection. The detected event was given the name GW150914. [41]

Event detection Edit

GW150914 was detected by the LIGO detectors in Hanford, Washington state, and Livingston, Louisiana, USA, at 09:50:45 UTC on 14 September 2015. [4] [11] The LIGO detectors were operating in "engineering mode", meaning that they were operating fully but had not yet begun a formal "research" phase (which was due to commence three days later on 18 September), so initially there was a question as to whether the signals had been real detections or simulated data for testing purposes before it was ascertained that they were not tests. [42]

The chirp signal lasted over 0.2 seconds, and increased in frequency and amplitude in about 8 cycles from 35 Hz to 250 Hz. [3] The signal is in the audible range and has been described as resembling the "chirp" of a bird [4] astrophysicists and other interested parties the world over excitedly responded by imitating the signal on social media upon the announcement of the discovery. [4] [43] [44] [45] (The frequency increases because each orbit is noticeably faster than the one before during the final moments before merging.)

The trigger that indicated a possible detection was reported within three minutes of acquisition of the signal, using rapid ('online') search methods that provide a quick, initial analysis of the data from the detectors. [3] After the initial automatic alert at 09:54 UTC, a sequence of internal emails confirmed that no scheduled or unscheduled injections had been made, and that the data looked clean. [40] [46] After this, the rest of the collaborating team was quickly made aware of the tentative detection and its parameters. [47]

More detailed statistical analysis of the signal, and of 16 days of surrounding data from 12 September to 20 October 2015, identified GW150914 as a real event, with an estimated significance of at least 5.1 sigma [3] or a confidence level of 99.99994%. [48] Corresponding wave peaks were seen at Livingston seven milliseconds before they arrived at Hanford. Gravitational waves propagate at the speed of light, and the disparity is consistent with the light travel time between the two sites. [3] The waves had traveled at the speed of light for more than a billion years. [49]

At the time of the event, the Virgo gravitational wave detector (near Pisa, Italy) was offline and undergoing an upgrade had it been online it would likely have been sensitive enough to also detect the signal, which would have greatly improved the positioning of the event. [4] GEO600 (near Hannover, Germany) was not sensitive enough to detect the signal. [3] Consequently, neither of those detectors was able to confirm the signal measured by the LIGO detectors. [4]

Astrophysical origin Edit

The event happened at a luminosity distance of 440 +160
−180 megaparsecs [1] : 6 (determined by the amplitude of the signal), [4] or 1.4 ± 0.6 billion light years, corresponding to a cosmological redshift of 0.093 +0.030
−0.036 (90% credible intervals). Analysis of the signal along with the inferred redshift suggested that it was produced by the merger of two black holes with masses of 35 +5
−3 times and 30 +3
−4 times the mass of the Sun (in the source frame), resulting in a post-merger black hole of 62 +4
−3 solar masses. [1] : 6 The mass–energy of the missing 3.0 ± 0.5 solar masses was radiated away in the form of gravitational waves. [3]

During the final 20 milliseconds of the merger, the power of the radiated gravitational waves peaked at about 3.6 × 10 49 watts or 526dBm – 50 times greater [50] than the combined power of all light radiated by all the stars in the observable universe. [3] [4] [15] [16]

Across the 0.2-second duration of the detectable signal, the relative tangential (orbiting) velocity of the black holes increased from 30% to 60% of the speed of light. The orbital frequency of 75 Hz (half the gravitational wave frequency) means that the objects were orbiting each other at a distance of only 350 km by the time they merged. The phase changes to the signal's polarization allowed calculation of the objects' orbital frequency, and taken together with the amplitude and pattern of the signal, allowed calculation of their masses and therefore their extreme final velocities and orbital separation (distance apart) when they merged. That information showed that the objects had to be black holes, as any other kind of known objects with these masses would have been physically larger and therefore merged before that point, or would not have reached such velocities in such a small orbit. The highest observed neutron star mass is two solar masses, with a conservative upper limit for the mass of a stable neutron star of three solar masses, so that a pair of neutron stars would not have had sufficient mass to account for the merger (unless exotic alternatives exist, for example, boson stars), [2] [3] while a black hole-neutron star pair would have merged sooner, resulting in a final orbital frequency that was not so high. [3]

The decay of the waveform after it peaked was consistent with the damped oscillations of a black hole as it relaxed to a final merged configuration. [3] Although the inspiral motion of compact binaries can be described well from post-Newtonian calculations, [51] the strong gravitational field merger stage can only be solved in full generality by large-scale numerical relativity simulations. [52] [53] [54]

In the improved model and analysis, the post-merger object is found to be a rotating Kerr black hole with a spin parameter of 0.68 +0.05
−0.06 , [1] i.e. one with 2/3 of the maximum possible angular momentum for its mass.

The two stars which formed the two black holes were likely formed about 2 billion years after the Big Bang with masses of between 40 and 100 times the mass of the Sun. [55] [56]

Location in the sky Edit

Gravitational wave instruments are whole-sky monitors with little ability to resolve signals spatially. A network of such instruments is needed to locate the source in the sky through triangulation. With only the two LIGO instruments in observational mode, GW150914's source location could only be confined to an arc on the sky. This was done via analysis of the 6.9 +0.5
−0.4 ms time-delay, along with amplitude and phase consistency across both detectors. This analysis produced a credible region of 150 deg 2 with a probability of 50% or 610 deg 2 with a probability of 90% located mainly in the Southern Celestial Hemisphere, [2] : 7 : fig 4 in the rough direction of (but much farther than) the Magellanic Clouds. [4] [11]

Coincident gamma-ray observation Edit

The Fermi Gamma-ray Space Telescope reported that its Gamma-Ray Burst Monitor (GBM) instrument detected a weak gamma-ray burst above 50 keV, starting 0.4 seconds after the LIGO event and with a positional uncertainty region overlapping that of the LIGO observation. The Fermi team calculated the odds of such an event being the result of a coincidence or noise at 0.22%. [58] However a gamma ray burst would not have been expected, and observations from the INTEGRAL telescope's all-sky SPI-ACS instrument indicated that any energy emission in gamma-rays and hard X-rays from the event was less than one millionth of the energy emitted as gravitational waves, which "excludes the possibility that the event is associated with substantial gamma-ray radiation, directed towards the observer". If the signal observed by the Fermi GBM was genuinely astrophysical, INTEGRAL would have indicated a clear detection at a significance of 15 sigma above background radiation. [59] The AGILE space telescope also did not detect a gamma-ray counterpart of the event. [60]

A follow-up analysis by an independent group, released in June 2016, developed a different statistical approach to estimate the spectrum of the gamma-ray transient. It concluded that Fermi GBM's data did not show evidence of a gamma ray burst, and was either background radiation or an Earth albedo transient on a 1-second timescale. [61] [62] A rebuttal of this follow-up analysis, however, pointed out that the independent group misrepresented the analysis of the original Fermi GBM Team paper and therefore misconstrued the results of the original analysis. The rebuttal reaffirmed that the false coincidence probability is calculated empirically and is not refuted by the independent analysis. [63] [64]

Black hole mergers of the type thought to have produced the gravitational wave event are not expected to produce gamma-ray bursts, as stellar-mass black hole binaries are not expected to have large amounts of orbiting matter. Avi Loeb has theorised that if a massive star is rapidly rotating, the centrifugal force produced during its collapse will lead to the formation of a rotating bar that breaks into two dense clumps of matter with a dumbbell configuration that becomes a black hole binary, and at the end of the star's collapse it triggers a gamma-ray burst. [65] [66] Loeb suggests that the 0.4 second delay is the time it took the gamma-ray burst to cross the star, relative to the gravitational waves. [66] [67]

Other follow-up observations Edit

The reconstructed source area was targeted by follow-up observations covering radio, optical, near infra-red, X-ray, and gamma-ray wavelengths along with searches for coincident neutrinos. [2] However, because LIGO had not yet started its science run, notice to other telescopes was delayed. [ بحاجة لمصدر ]

The ANTARES telescope detected no neutrino candidates within ±500 seconds of GW150914. The IceCube Neutrino Observatory detected three neutrino candidates within ±500 seconds of GW150914. One event was found in the southern sky and two in the northern sky. This was consistent with the expectation of background detection levels. None of the candidates were compatible with the 90% confidence area of the merger event. [68] Although no neutrinos were detected, the lack of such observations provided a limit on neutrino emission from this type of gravitational wave event. [68]

Observations by the Swift Gamma-Ray Burst Mission of nearby galaxies in the region of the detection, two days after the event, did not detect any new X-ray, optical or ultraviolet sources. [69]

Announcement Edit

The announcement of the detection was made on 11 February 2016 [4] at a news conference in Washington, D.C. by David Reitze, the executive director of LIGO, [6] with a panel comprising Gabriela González, Rainer Weiss and Kip Thorne, of LIGO, and France A. Córdova, the director of NSF. [4] Barry Barish delivered the first presentation on this discovery to a scientific audience simultaneously with the public announcement. [70]

The initial announcement paper was published during the news conference in رسائل المراجعة البدنية, [3] with further papers either published shortly afterwards [19] or immediately available in preprint form. [71]

Awards and recognition Edit

In May 2016, the full collaboration, and in particular Ronald Drever, Kip Thorne, and Rainer Weiss, received the Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics for the observation of gravitational waves. [72] Drever, Thorne, Weiss, and the LIGO discovery team also received the Gruber Prize in Cosmology. [73] Drever, Thorne, and Weiss were also awarded the 2016 Shaw Prize in Astronomy [74] [75] and the 2016 Kavli Prize in Astrophysics. [76] Barish was awarded the 2016 Enrico Fermi Prize from the Italian Physical Society (Società Italiana di Fisica). [77] In January 2017, LIGO spokesperson Gabriela González and the LIGO team were awarded the 2017 Bruno Rossi Prize. [78]

The 2017 Nobel Prize in Physics was awarded to Rainer Weiss, Barry Barish and Kip Thorne "for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves". [79]

The observation was heralded as inaugurating a revolutionary era of gravitational-wave astronomy. [80] Prior to this detection, astrophysicists and cosmologists were able to make observations based upon electromagnetic radiation (including visible light, X-rays, microwave, radio waves, gamma rays) and particle-like entities (cosmic rays, stellar winds, neutrinos, and so on). These have significant limitations – light and other radiation may not be emitted by many kinds of objects, and can also be obscured or hidden behind other objects. Objects such as galaxies and nebulae can also absorb, re-emit, or modify light generated within or behind them, and compact stars or exotic stars may contain material which is dark and radio silent, and as a result there is little evidence of their presence other than through their gravitational interactions. [81] [82]

Expectations for detection of future binary merger events Edit

On 15 June 2016, the LIGO group announced an observation of another gravitational wave signal, named GW151226. [83] The Advanced LIGO was predicted to detect five more black hole mergers like GW150914 in its next observing campaign from November 2016 until August 2017 (it turned out to be seven), and then 40 binary star mergers each year, in addition to an unknown number of more exotic gravitational wave sources, some of which may not be anticipated by current theory. [11]

Planned upgrades are expected to double the signal-to-noise ratio, expanding the volume of space in which events like GW150914 can be detected by a factor of ten. Additionally, Advanced Virgo, KAGRA, and a possible third LIGO detector in India will extend the network and significantly improve the position reconstruction and parameter estimation of sources. [3]

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is a proposed space based observation mission to detect gravitational waves. With the proposed sensitivity range of LISA, merging binaries like GW150914 would be detectable about 1000 years before they merge, providing for a class of previously unknown sources for this observatory if they exist within about 10 megaparsecs. [19] LISA Pathfinder, LISA's technology development mission, was launched in December 2015 and it demonstrated that the LISA mission is feasible. [84]

A current model predicts LIGO will detect approximately 1000 black hole mergers per year after it reaches full sensitivity planned for 2020. [55] [56]

Lessons for stellar evolution and astrophysics Edit

The masses of the two pre-merger black holes provide information about stellar evolution. Both black holes were more massive than previously discovered stellar-mass black holes, which were inferred from X-ray binary observations. This implies that the stellar winds from their progenitor stars must have been relatively weak, and therefore that the metallicity (mass fraction of chemical elements heavier than hydrogen and helium) must have been less than about half the solar value. [19]

The fact that the pre-merger black holes were present in a binary star system, as well as the fact that the system was compact enough to merge within the age of the universe, constrains either binary star evolution or dynamical formation scenarios, depending on how the black hole binary was formed. A significant number of black holes must receive low natal kicks (the velocity a black hole gains at its formation in a core-collapse supernova event), otherwise the black hole forming in a binary star system would be ejected and an event like GW would be prevented. [19] The survival of such binaries, through common envelope phases of high rotation in massive progenitor stars, may be necessary for their survival. [ التوضيح المطلوب ] The majority of the latest black hole model predictions comply with these added constraints. [ بحاجة لمصدر ]

The discovery of the GW merger event increases the lower limit on the rate of such events, and rules out certain theoretical models that predicted very low rates of less than 1 Gpc −3 yr −1 (one event per cubic gigaparsec per year). [3] [19] Analysis resulted in lowering the previous upper limit rate on events like GW150914 from

140 Gpc −3 yr −1 to 17 +39
−13 Gpc −3 yr −1 . [85]

Impact on future cosmological observation Edit

Measurement of the waveform and amplitude of the gravitational waves from a black hole merger event makes accurate determination of its distance possible. The accumulation of black hole merger data from cosmologically distant events may help to create more precise models of the history of the expansion of the universe and the nature of the dark energy that influences it. [86] [87]

The earliest universe is opaque since the cosmos was so energetic then that most matter was ionized and photons were scattered by free electrons. [88] However, this opacity would not affect gravitational waves from that time, so if they occurred at levels strong enough to be detected at this distance, it would allow a window to observe the cosmos beyond the current visible universe. Gravitational-wave astronomy therefore may some day allow direct observation of the earliest history of the universe. [3] [18] [19] [20] [21]

Tests of general relativity Edit

The inferred fundamental properties, mass and spin, of the post-merger black hole were consistent with those of the two pre-merger black holes, following the predictions of general relativity. [7] [8] [9] This is the first test of general relativity in the very strong-field regime. [3] [18] No evidence could be established against the predictions of general relativity. [18]

The opportunity was limited in this signal to investigate the more complex general relativity interactions, such as tails produced by interactions between the gravitational wave and curved space-time background. Although a moderately strong signal, it is much smaller than that produced by binary-pulsar systems. In the future stronger signals, in conjunction with more sensitive detectors, could be used to explore the intricate interactions of gravitational waves as well as to improve the constraints on deviations from general relativity. [18]

Speed of gravitational waves and limit on possible mass of graviton Edit

The speed of gravitational waves (الخامسg) is predicted by general relativity to be the speed of light (ج). [89] The extent of any deviation from this relationship can be parameterized in terms of the mass of the hypothetical graviton. The graviton is the name given to an elementary particle that would act as the force carrier for gravity, in quantum theories about gravity. It is expected to be massless if, as it appears, gravitation has an infinite range. (This is because the more massive a gauge boson is, the shorter is the range of the associated force as with the infinite range of electromagnetism, which is due to the massless photon, the infinite range of gravity implies that any associated force-carrying particle would also be massless.) If the graviton were not massless, gravitational waves would propagate below lightspeed, with lower frequencies (ƒ) being slower than higher frequencies, leading to dispersion of the waves from the merger event. [18] No such dispersion was observed. [18] [28] The observations of the inspiral slightly improve (lower) the upper limit on the mass of the graviton from Solar System observations to 2.1 × 10 −58 kg , corresponding to 1.2 × 10 −22 eV/ج 2 or a Compton wavelength (λg) of greater than 10 13 km, roughly 1 light-year. [3] [18] Using the lowest observed frequency of 35 Hz, this translates to a lower limit on الخامسg such that the upper limit on 1-الخامسg /ج هو


Gravitational wave events are named starting with the prefix GW, while observations that trigger an event alert but have not (yet) been confirmed are named starting with the prefix S. [2] The next two digits indicate the year the event was observed, the middle two digits are the month of observation and the final two digits are the day of the month on which the event was observed. This is similar to the systematic naming for other kinds of astronomical event observations, such as those of gamma-ray bursts. Probable detections that are not confidently identified as gravitational wave events are designated LVT ("LIGO-Virgo trigger"). Known gravitational wave events come from the merger of two black holes (BH), two neutron stars (NS), or a black hole and a neutron star. [3] [4] Some objects are in the mass gap between the largest predicted neutron star masses (Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit) and the smallest known black holes.

Observations are made in "runs", three of them so far, with maintenance and upgrades of the detectors made between runs. The first run, O1, ran from 12 September 2015 to 19 January 2016, with O2 from 30 November 2016 to 25 August 2017. [5] O3 began on 1 April 2019 it is divided (so far) into O3a, from 1 April to 30 September 2019, and O3b, from 1 November 2019 to 27 March 2020. [6] Suspension of observation during October 2019 was for instrument upgrades and fixes, and cessation in March 2020 was due to the COVID-19 pandemic. [7] [8]

It was published in 2020 that a gamma-ray burst was detected (GRB 190425)

0.5 seconds after the LIGO trigger, lasting 6 seconds and bearing similarities to GRB170817 (such as weakness [most power in sub-100 keV, or soft X-rays) bands], elevated energetic photon background levels [signal exceeding background by less than a factor of 2], and similar differences from other transients classified as short GRBs). Confidence was established for interpretation of a set of peaks through a control interval of only 2 days prior to the LIGO-Livingston trigger in INTEGRAL Electronic anticoincidence, could not be corroborated by other instruments and wasn't initially noted as a significant event. Non-detection in other instruments may be a consequence of an Earth-occulted source as the Fermi telescope attempted follow-up. [32]

Marginal detections from O1 and O2 Edit

In addition to well-constrained detections listed above, a number of low-significance detections of possible signals were made by LIGO and Virgo. Their characteristics are listed below:

Observation candidates from O3/2019 Edit

From observation run O3/2019 on, observations are published as Open Public Alerts to facilitate multi-messenger observations of events. [53] [54] [55] Candidate event records can be directly accessed at the Gravitational Wave Candidate Event Database. [56] On 1 April 2019, the start of the third observation run was announced with a circular published in the public alerts tracker. [57] The first O3/2019 binary black hole detection alert was broadcast on 8 April 2019. A significant percentage of O3 candidate events detected by LIGO are accompanied by corresponding triggers at Virgo. False alarm rates are mixed, with more than half of events assigned false alarm rates greater than 1 per 20 years, contingent on presence of glitches around signal, foreground electromagnetic instability, seismic activity, and operational status of any one of the three LIGO-Virgo instruments. For instance, events S190421ar and S190425z weren't detected by Virgo and LIGO's Hanford site, respectively.

The LIGO/Virgo collaboration took a short break from observing during the month of October 2019 to improve performance and prepare for future plans, with no signals detected in that month as a result. [58]

The Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Japan became operational on 25 February 2020, [59] likely improving the detection and localization of future gravitational wave signals. [60] However, KAGRA does not report their signals in real-time on GraceDB as LIGO and Virgo do, so the results of their observation run will likely not be published until the end of O3.

The LIGO-Virgo collaboration ended the O3 run early on March 27, 2020 due to health concerns from the COVID-19 pandemic. [8] [61]


Gravitational waves detected from second pair of coalescing black holes

On 26 December 2015, researchers from the LIGO and Virgo collaborations reported a second observation of the merger of two black holes, as revealed by the gravitational waves emitted during the event. The scientists were able to infer that the mass of the black holes was between 8 and 14 times that of the Sun and the event took place at a distance of about 1.4 billion light-years from Earth. Illustration credit: Andy Bohn, François Hébert, William Throwe, Darius Bunandar, Katherine Henriksson, Mark A. Scheel, and Nicholas W. Taylor. On 26 December 2015, scientists from the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and Virgo collaborations received an unexpected Christmas gift when the Advanced LIGO detectors recorded a new gravitational wave signal, three months after the first detection. And once again, the signal &mdash a tiny distortion of spacetime &mdash came from the final spinning ‘dance’ of two black holes on the point of merging, a phenomenon known as coalescence.

This second observation confirms that such cataclysmic events are relatively frequent, making it likely that more will be detected from late 2016, when the Advanced LIGO (US) and Advanced Virgo (Italy) resume operation following upgrading work. This will help scientists to better understand pairs of black holes, bodies that are so dense that neither light nor matter can escape from them. The discovery, made by an international collaboration including CNRS teams, is being announced today at the meeting of the American Astronomical Society in San Diego, and is published in the journal Physical Review Letters.

Three months after announcing the first detection of gravitational waves, scientists from the LIGO and Virgo collaborations have reported a second observation of the merger of two black holes, revealed by the gravitational waves emitted during the event. Although the signal is weaker than the first one, this new finding has also been confirmed with a confidence level of over 99.99999 percent.

Black holes are the final stage in the evolution of the most massive stars. Some of these holes form a pair, orbiting around each other and gradually getting closer while losing energy in the form of gravitational waves, until a point is reached where the process suddenly accelerates. They end up merging into a single black hole. It was this final whirling stage immediately preceding the merger that was observed on 26 December 2015, enabling scientists to infer that the mass of the black holes was between 8 and 14 times that of the Sun (as compared to 29 and 36 solar masses in the first observation on 14 September 2015). As the black holes were lighter, they moved towards each other less rapidly: the signal lasted several seconds, as opposed to less than 0.5 second for the previous observation. As a result, the number of orbits observed just before the merger was considerably greater than during the first detection, making it possible to carry out a different, complementary test of Einstein’s general theory of relativity. The event took place at a distance of about 1.4 billion light-years from Earth, which means that the gravitational waves travelled through space for 1.4 billion years before being detected by Advanced LIGO’s twin detectors, located in Louisiana and Washington State (US).

This second event confirms that pairs of black holes are relatively common. A comprehensive analysis of the data collected by the LIGO detectors from September 2015 to January 2016 hints at a possible sighting of a third event of this type on 2 October 2015, although with a lower degree of certainty.

Eventually, analysis of observations of this kind may help to elucidate the origin of binary black holes: were they originally a pair of stars that both turned into black holes, or is one black hole captured by the other? To find out, a larger sample of observations will be needed, which should become possible once Advanced LIGO and Advanced Virgo resume operation in autumn 2016. As demonstrated by the first phase of data collection by the Advanced LIGO detectors, gravitational waves have now become a new way of exploring the universe and that most fundamental of interactions, gravity. LIGO Hanford Observatory. Image credit: Caltech/MIT/LIGO Laboratory. LIGO is an observatory dedicated to gravitational waves and is composed of two identical interferometers located in the US. The improved version of these detectors (Advanced LIGO) resumed operation in September 2015. The LIGO scientific collaboration was formed around these instruments. It works hand in hand with the Virgo collaboration, formed around the Virgo detector located in Pisa, Italy. Since 2007, scientists from both groups have analysed data and published findings jointly. Advanced Virgo is planned to resume operation by the end of 2016.


شاهد الفيديو: الكون 2..12022016..العلماء يرصدون لأول مرة موجات الجاذبية التي افترضها أينشتاين. (كانون الثاني 2023).