Gravitācijas viļņi beidzot noķerti
Publicēts: 12.02.2016
Vairāk nekā nedēļu pirms 2016.gada 11.februāra gaisā sāka virmot baumas un nojautas, ka LIGO observatorijā beidzot ir izdevies novērot fenomenu, ko pirms aptuveni 100 gadiem paredzēja Alberts Einšteins. Augstāk minētajā datumā 17:30 pēc Latvijas laika ASV Nacionālais Zinātnes fonds (NSF) apstiprināja, ka LIGO observatorijā ir reģistrēti gravitācijas viļņi, kurus radīja divu melno caurumu saplūšana.
Gravitācijas viļņus "noķēra" 2015.gada 14.septembrī plkst. 9:51 UTC abi LIGO uztvērēji, kas atrodas Livongstonā (Luiziānas štats, ASV) un Henfordā (Vašingtonas štats, ASV). Tikai pagājušā gada martā tika pabeigti LIGO uzlabošanas darbi un septembrī tika uzsākti zinātniskie novērojumi.
Protams, pirmā reakcija bija pārbaudīt, vai instrumenti nav kļūdījušies. Viens pēc otra tika atsijāti potenciālie svārstību iemesli - elektromagnētiskās vētras, zibens, zemestrīces un pat cilvēku radītie traucējumi. Tas, ka signālu Henfordā reģistrēja 7,1 milisekundes vēlāk nekā Livingstonā, jau vien liecināja, ka tas nevar būt aparatūras defekts, jo gaisma šo ceļu starp abiem instrumentiem noiet 10 milisekundēs. Pēc nedēļām ilgām pārbaudēm beidzot tika apstiprināts, ka LIGO uztvēra gravitācijas viļņu radītās niecīgās svārstības, kas ir mazākas nekā 1/10000 daļa no protona diametra.
Tieši tādēļ, ka instrumentiem jāspēj reģistrēt tik ārkārtīgi niecīgas svārstības, Einšteins savā laikā neticēja, ka gravitācijas viļņu esamību jebkad spēs pierādīt.
LIGO uztvērēju diapazons ir no 10 līdz 1000 Hz. To ierobežo dažādi trokšņi. Tagad, kad gravitācijas viļņu esamība ir pierādīta, visticamāk, daudz aktīvāk tiks strādāts pie gravitācijas viļņu observatorijām, kas darbosies kosmosā. Tās spētu uztvert daudz zemākas frekvences (no 0,001 līdz 0,1 Hz). Eiropas Kosmosa aģentūras (EKA) nesen palaistais LISA Pathfinder ir tehnoloģiju demonstrācijas misija, kas nākotnē varētu palīdzēt uzbūvēt lielformāta gravitācijas viļņu observatoriju.
Fenomens, kuru paredzēja Alberts Einšteins 1915.gadā publicētajā Vispārīgajā relativitātes teorijā, ir laiktelpas deformācijas, kuras radās saplūstot diviem melnajiem caurumiem, kuru masa attiecīgi 29 un 36 reizes pārsniedza Saules masu. Iegūtie dati liecina, ka saplūšana notika aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā. Tā kā notikumu reģistrēja tikai divi uztvērēji, tad precīzu atrašanās vietu noteikt nav iespējams, bet signāla avots atrodas debesīs dienvidu puslodē.
Saskaņā ar vispārīgo relativitātes teoriju melno caurumu pāris laika gaitā zaudē enerģiju, kas tiek pārvērsta gravitācijas viļņos. Tā rezultātā melnie caurumi tuvojas viens otram arvien ātrāk un ātrāk. Pēdējais saplūšanas mirklis ilgst mazāk kā sekundi. Daļa no melno caurumu masas tiek pārvērsta enerģijā, kas tad arī izpaužas kā gravitācijas viļņi, kurus reģistrēja LIGO. Konkrētajā gadījumā masa, kas aptuveni 3 reizes pārsniedz Saules masu, dažās sekundes desmitdaļās tika pārveidota enerģijā, kas aptuveni 50 reizes pārsniedza visa redzamā Visuma kopējo enerģijas apjomu.
Pirmie netiešie gravitācijas viļņu esamības pierādījumi ir Džozefa Teilora un viņa kolēģu 1974.gadā atrastais pulsāra un neitronu zvaigznes pāris. 1982.gadā zinātnieki konstatēja, ka laika gaitā abi objekti ir satuvinājušies un pierādīja, ka tie zaudē enerģiju gravitācijas viļņu veidā. 1993.gadā Teilors un Rasels Halss saņēma Nobela prēmiju.
"Ar šo atklājumu mēs, cilvēce, paveram jaunus apvāršņus Visuma izpētē - to objektu un fenomenu izzināšanu, kas ir veidoti no savērptās laiktelpas," teica viens no LIGO observatorijas idejas pamatlicējiem, fiziķis Kips Torns, kurš plašākai publikai pazīstams ar dalību mākslas filmas Interstellar radīšanā. "Melno caurumu saplūšana un gravitācijas viļņi ir pirmie brīnišķīgie piemēri."
Šis atklājums ir tikai sākums, kas paver pavisam jaunas iespējas Visuma iespaidīgāko notikumu izpētē. Kombinējot gravitācijas viļņu uztvērējus ar plašo teleskopu armādu, kas darbojas visā elektromagnētisko viļņu diapazonā, būs iespējams pētīt šos fenomenus.
LIGO zinātnieki prognozē, ka ar esošajiem un tuvākajā nākotnē plānotajiem instrumentiem varētu uztvert gravitācijas viļņus, kurus rada rotējoši, masīvi objekti, kas nav perfekti sfēriski, masīvu objektu saplūšanas notikumi, kā arī Lielā sprādzienā radītos viļņus. Protams, nevar izslēgt iespēju, ka gravitācijas viļņu observatorijās varētu reģistrēt arī tādus viļņus, kurus teorētiķi vēl nav pilnībā aprakstījuši vai pat vispār apsvēruši.
MIT, NASA, NSF, LIGO
Komentāri
Senteevs tieši 12.02.2016 domāja šādi:
Izskatās, ka šī gada Nobela prēmijas laureāts vai laureātu grupa jau ir zināmi.
Senteevs tieši 12.02.2016 domāja šādi:
Būtu labi uzzināt turpinājumu par to, kādas tieši iespējas varētu pavērt jaunais atklājums.
detektors tieši 12.02.2016 domāja šādi:
2015.gada 14.septembrī plkst. 9:51 manā dienasgrāmatā stāv ieraksts, ka tajā momentā nav spalvas saslējās gaisā. Tātad es izjutu šo fenomenu un varētu strādāt par detektoru. Meklēju arī āderes.
:D
makita tieši 13.02.2016 domāja šādi:
šajā lapā ir labs paskaidrojošais GIFs, kas tādiem nezinātājiem kā man labi parāda, pēc kādiem principiem darbojas LIGO:
https://tupambae.net/display/e88d9610b3e001339b53782bcb452bd5
Andis tieši 15.02.2016 domāja šādi:
Interesanti, a kā viņi noteica, ka viļņus radīja melnie caurumi, tieši tādos izmēros un minētajā attālumā? Vai tad gravitācijas viļņi jau ir tik labi izpētīti un zināmi, ka pēc dažiem pīķiem līknē to visu var izsecināt?
Jupis tieši 15.02.2016 domāja šādi:
Andis - jā, ir izpētīti. Pēc viļņu relatīvās amplitūdas un frekvences varēs noteikt, kas tas par objektu, kamēr kopējā intensitāte liecina par attālumu.
m tieši 16.02.2016 domāja šādi:
Pēdējo pusotru gadu regulēri fiksēju novērojumus savā dzīvesvietā (pirms tam it kā šo pamanīju, bet nepievērsu uzmanību), kur visi pulksteņi, t.sk. arī datorā, mobilajā telefonā (pirms biju ieslēdzis pulksteņa datu sinhronizāciju) attiecīgajā vietā steidzas apmēram 2-3 minūtes mēnesī (pulksteņi, ko nēsāju līdzi, novirzās mazāk).
Tā kā novērojumus esmu veicis tikai savā dzīvesvietā, vainu noveļu uz elektromagnētisko lauku apkārtnē un... cita izskaidrojuma man šiem novēroumiem pagaidām nav. Nezinu arī, vai ko tamlīdzīgu ir novērojuši arī citi (nav, cik esmu apvaicājis) un vai citās vietās novērojumi būtu līdzīgi. Līdz ar to nav arī viedokļa, vai fiksēju laika novirzes, vai pulksteņu rādījumu novirzes (kas būtu daudz ticamāk, ja vien nesteigtos vienlaicīgi pat 7 pulksteņi, turklāt novirzes ir ļoti līdzīgas).
Vai tam varētu būt saistība ar gravitācijas viļņiem vai tie tomēr ietekmētu vienādi gan reālo laiku, gan mērierīces, kas to mēra (tātad novirzes nevarētu konstatēt).
Varbūt kāds entuziasts par laiktelpas pētījumiem varētu dot kādu izskaidrojumu...
Papildus visam aprakstītajam, 13.februārī kostatēju, ka visi pulksteņu rāda par 6 minūtēm mazāk, kā tas bija 11.februārī, kad pēdējoreiz salīdzināju rādījumus. Taču dators, kam ir arī kalendārs, uzrādīja 15.februāri, t.i. no datiem izriet, ka pulkstenis nevis par 6 minūtēm aizkavējies, bet aizsteidzies par 1 dienu, 23 stundām un 54 minūtēm.
antons mikoss tieši 23.02.2016 domāja šādi:
Netiek minēta GV frekvence! Ir dati?
Nelabojams tieši 24.02.2016 domāja šādi:
Frekvenču spektrs aptuveni no 35 līdz 250 Hz.
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102