الفلك

كيف سيبدو تسخير موجات الجاذبية؟

كيف سيبدو تسخير موجات الجاذبية؟


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.

لقد سخرنا وتعلمنا توليد والتحكم في الموجات الصوتية والموجات الضوئية وموجات المياه والموجات الكهرومغناطيسية بشكل عام. ما الذي يحتاجه العلم ليكون قادرًا على توليد واستخدام موجات الجاذبية بنفس الطريقة؟ ماذا ستكون النتيجة؟


كتلة الجسيمات الأساسية ، مثل البروتون أو الإلكترون صغيرة جدًا مقارنةً بالشحنة. هذا يعني أن حركة الإلكترونات في الذرات يمكن أن تنتج كميات كبيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي التردد.

تمنع التأثيرات الكمية الإلكترونات من السقوط في البروتونات التي تدور حولها.

لإنتاج إشعاع الجاذبية والسيطرة عليه بكميات كبيرة ، ستحتاج إلى شيء صغير جدًا ، لكنه ضخم جدًا: زوج مجهري من الثقوب السوداء.

سيكون من الصعب إلى حد ما إدارة مثل هذه الأشياء. باختصار ، إنه يتجاوز أي تقنية حالية أو مستقبلية يمكن تصورها.


لوضع هذا في المنظور ، ضع في اعتبارك إنسانًا يبلغ من العمر أكثر من خمسين عامًا كان مصدر التمرين الرئيسي له على مدار العشرين عامًا الماضية هو المشي ذهابًا وإيابًا بين العمل ومكان وقوف السيارات حيث يركن الشخص سيارته. دعونا نربط ذلك الشخص بدراجة موصولة بمولد كهربائي. يتجاوز ناتج الطاقة لهذا المصدر الضعيف للطاقة بسهولة موجات الجاذبية الضعيفة البالغة 200 واط التي ينتجها مدار الأرض حول الشمس.

الجاذبية ضعيفة للغاية مقارنة بالكهرومغناطيسية. التنافر الإلكتروستاتيكي بين زوج من الإلكترونات هو 1045 مرات أقوى من جاذبية الجاذبية بين زوج من الإلكترونات. موجات الجاذبية بدورها ضعيفة للغاية مقارنة بالجاذبية نفسها. لقد ذكرت مدار الأرض حول الشمس. يبلغ إجمالي الطاقة الميكانيكية لهذا المدار حوالي 1034 مرات أكبر من الكمية الضئيلة من الطاقة المفقودة بسبب موجات الجاذبية.

تخيل حضارة من المستوى الثالث لكارداشيف ، حضارة تعلمت تسخير ما يعادل إنتاج الطاقة لمجرة بأكملها. جانبا: الإنسانية ليست حتى على مستوى كارداشيف الأول. هذه بضع مئات من السنين أخرى في المستقبل. لاحظ أيضًا أن مقياس كارداشيف هو لوغاريتمي. مستوى Karadshev الأول هو خيال علمي في المستقبل القريب. المستوى الثاني من Kardashev هو أيضًا في عالم الخيال العلمي. كارداشيف المستوى الثالث؟ هذا أبعد من الخيال العلمي.

حتى تلك الحضارة من المستوى الثالث لكارداشيف لن تسخر موجات الجاذبية. بدلاً من ذلك ، سيخرج عن طريقهم لتجنبهم. على سبيل المثال ، قد تقوم حضارة من المستوى الثالث في كارداشيف بتغذية المادة عن قصد لثقب أسود فائق الكتلة في قلب مجرة ​​لجعل هذا الثقب الأسود يصبح نواة مجرية نشطة. إن الطاقة الناتجة من نواة مجرية نشطة هائلة ، تتجاوز تلك الناتجة عن مجرة ​​عادية. إن موجات الجاذبية التي ينتجها نواة مجرية نشطة صغيرة مقارنة بالناتج الكهرومغناطيسي ، بمعامل يبلغ حوالي 10-80 أو هكذا.


اركب الامواج

ساهم طلاب جامعة سيراكيوز وباحثو هيئة التدريس في اكتشافات رائدة في علم الفلك.

على مدى العقد الماضي ، كانت هناك ثورة في علم الفلك الرصدي قادها مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO). يضم التعاون العلمي في LIGO أكثر من ألف عضو من المؤسسات في جميع أنحاء أمريكا الشمالية ، ويشغل ، جنبًا إلى جنب مع تعاونيات Virgo الأوروبية و KAGRA اليابانية ، أربعة كاشفات لموجات الجاذبية في جميع أنحاء العالم. حتى عام 2015 ، كانت المعلومات من الفضاء تأتي بشكل كبير من قياس مختلف ضوء الأمواج ، وهي طريقة للرصد استخدمها علماء الفلك منذ أن وجه جاليليو لأول مرة تلسكوبه المصنوع منزليًا نحو السماء منذ أكثر من 400 عام. في 14 سبتمبر 2015 ، قام كاشفا تعاون LIGO بالملاحظة الأولى لـ الجاذبية موجات و mdashripples في الفضاء نفسه و mdashcreated بدمج الثقوب السوداء.

ستيفان بالمر ، أستاذ مساعد في الفيزياء

باستخدام الليزر لقياس وقت انتقال الضوء بدقة عبر مسافات كبيرة ، تمكن LIGO من الكشف المباشر عن موجات الجاذبية التي تشوه الفضاء. تاريخيًا ، كان من الصعب على علماء الفلك أن يرصدوا الثقوب السوداء بالتلسكوبات مباشرة لأن الثقوب السوداء ، على عكس النجوم ، لا تنتج الضوء. ومع ذلك ، من خلال مراقبة كيفية تشوه الثقوب السوداء للفضاء ، يمكن لعلماء الفلك الآن إلقاء الحجاب وإخفاء هذه الأجسام والبدء في إنشاء خريطة تعداد للثقوب السوداء في الكون. & ldquo إذا أردت القيام بشيء جديد ، أو طول موجي جديد ، أو طريقة جديدة تمامًا لمراقبة الكون ، فستكون هناك مفاجآت ، & rdquo يقول ستيفان بالمر ، الأستاذ المشارك في الفيزياء في جامعة سيراكيوز وكلية الفنون والعلوم rsquos. & ldquo في الواقع ، كانت هناك مفاجآت من المصدر الأول لموجات الجاذبية. & rdquo

في السنوات التي تلت أول اكتشاف لموجات الجاذبية ، لاحظ ليجو أكثر من 40 عملية اندماج ثنائية للثقب الأسود واثنين من عمليات الدمج الثنائية بين النجوم النيوترونية. النجم النيوتروني هو بقايا كثيفة بشكل لا يصدق من نجم عادي تنشأ عندما تنفجر نجوم ذات كتل معينة في مستعر أعظم. اكتشف LIGO و Virgo تصادم نجمين نيوترونيين من خلال موجات الجاذبية في عام 2017. سمحت هذه الملاحظة لعلماء الفلك بتوجيه التلسكوبات عند الاصطدام واكتشاف آثار الاصطدام في جميع الأطوال الموجية للضوء ، من أشعة غاما إلى موجات الراديو. وهكذا جاء الحدث إلى أجهزة الكشف والتلسكوبات من خلال رسل الضوء وموجات الجاذبية المختلفة. لقد بدأ عصر علم الفلك متعدد الرسائل ، وكان طلاب وأعضاء هيئة التدريس في قسم الفيزياء بجامعة سيراكيوز في طليعة هذا المجال الناشئ.

يُظهر هذا الرسم كتل الثقوب السوداء المكتشفة من خلال الملاحظات الكهرومغناطيسية (الأرجواني) ، والثقوب السوداء المقاسة برصد موجات الجاذبية (الأزرق) ، والنجوم النيوترونية المقاسة بالملاحظات الكهرومغناطيسية (الصفراء) ، والنجوم النيوترونية المكتشفة من خلال موجات الجاذبية (البرتقالية). [رصيد الصورة: LIGO-Virgo / Northwestern U./Frank Elavsky & amp Aaron Geller]

تمنحنا موجات الجاذبية طريقة جديدة للنظر إلى الكون

تخيل أنه بدلاً من الشمس والقمر والكواكب والنجوم في السماء ، كل ما رأيته هو السحب. ليست تلك البيضاء المنتفخة المظللة على سماء زرقاء ، ولكن الغيوم الرمادية الكثيفة الممتدة التي هي السمات المميزة لفصل الشتاء الكئيب. لكن على عكس السحب الشتوية التي استمرت لأسابيع أو شهور في أسوأ الأحوال ، فقد استمرت هذه الغيوم طوال تاريخ البشرية. ومع ذلك ، ابتكر شخص ما وسيلة لفصل الغيوم ليلة واحدة ، لفترة قصيرة فقط ، وسمح لنا بإلقاء نظرة خاطفة على الكون خارج غلافنا الجوي ، لفترة وجيزة للغاية. تخيل أن هناك نقطة واحدة فقط من الضوء تسطع من خلالها ، ربما كوكب ، بتفاصيل مذهلة عليه: حلقات ، عصابات ، ألوان ، وربما حتى أقمار. إلى أي مدى سيتغير مفهومك عن الكون منذ تلك اللحظة؟ الآن وقد ظهرت النتائج - اكتشف تعاون LIGO بالفعل موجات ثقالية من ثقبين أسودين مدمجين - يمكننا أن ندرك أننا حصلنا للتو على هذا النوع من العزم في علم الفلك.

رصيد الصورة: لقطة شاشة من مؤتمر LIGO الصحفي تعلن اكتشاف الجاذبية. [+] موجات.

لأول مرة ، تم بنجاح اختبار إحدى أقدم التنبؤات غير المؤكدة لأعظم إنجازات أينشتاين ، وهي النظرية العامة للنسبية. ثقبان أسودان في مجرة ​​بعيدة ، على بعد حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية ، يدوران حول بعضهما البعض في دوامة الموت الكونية ، مما يشع طاقة جاذبيتهما بعيدًا حتى اندمجا أخيرًا ، مما أدى إلى إطلاق ثلاث كتل شمسية من المواد في تموجات في النسيج من الفضاء نفسه ، عبر E = mc ^ 2 ، في شكل موجات الجاذبية. تنتقل هذه الموجات إلى الخارج عبر الكون ، مما يتسبب في انضغاط كل شيء يمر عبره وتمدده مثل كرة المضرب التي يتم سحقها في اتجاه واحد ، ثم في الاتجاه العمودي ، وهكذا ، وتنتقل إلى الأبد وبسرعة الضوء.

الحقيقة هي أن تجارب مثل LIGO ليست الأنواع الوحيدة من كاشفات موجات الجاذبية التي يمكننا بناءها ، ودمج الثقوب السوداء ليس الأشياء الوحيدة التي يمكننا اكتشافها ، وبشكل عام ، الأجسام الفلكية ليست الأشياء الوحيدة التي يمكننا استخدام الجاذبية لمعرفة المزيد عن الإشعاع! السبب في أننا رأينا الثقوب السوداء الملهمة أولاً هو أن LIGO ، أرخص كاشف الموجات الثقالية يمكننا بناءه بحيث يكون قادرًا على رؤية هذه الموجات كما ينتجها الكون ، وهو حساس لتلك الأنواع من الموجات. لكن في الواقع ، هناك كل أنواع الأشياء التي يجب البحث عنها ، والتي تقع في أربع فئات مختلفة.

ائتمان الصورة: ناسا ، صورة ملهمة واندماج لنجمين نيوترونيين فقط.

1.) كائنات مدمجة فائقة السرعة. هذه هي الفئة التي تتضمن ما رآه LIGO ، حيث تندمج الثقوب السوداء الصغيرة (أقل من 1000 كتلة شمسية) معًا. سيؤدي دمج النجوم النيوترونية أيضًا إلى إنتاج موجات الجاذبية ، وكذلك النجوم النابضة الفردية ، وكذلك المستعرات الأعظمية من كلا النوعين الرئيسيين. سيرى LIGO الثقوب السوداء الأكبر حجمًا والمتساوية الكتلة أولاً ، ومن المتوقع أن يرى عددًا قليلاً منها سنويًا. تذكر أن الكاشف دخل على الإنترنت فقط في سبتمبر 2015 ، وجاءت الإشارة المعلنة من 14 سبتمبر 2015. من المحتمل أن يكون هناك العديد من عمليات اندماج الثقوب السوداء في السنوات القليلة القادمة ، لا سيما مع تحسن حساسية LIGO وتوسيع نطاق البحث الخاص به إلى أبعد من ذلك. وأبعد في أعماق الكون. الشيء الكبير الذي يحدد أي الكائنات تقع في هذا النطاق هو تردد، أو عدد المرات التي تصدر فيها هذه الأجسام موجة في الثانية. يستطيع LIGO اكتشاف الأجسام من حوالي 1 إلى 10000 هرتز ، مما يعني أن الكائنات التي تصدر موجات أكثر من مرة في الثانية!

رصيد الصورة: الأشعة السينية: NASA / UMass / D.Wang et al. ، IR: NASA / STScI ، للثقب الأسود الهائل ،. [+] القوس A * ، في مركز درب التبانة.

2.) أجسام أبطأ و / أو أكثر ضخامة. لن تحتوي هذه الحقول على حقول قوية تمامًا مثل الأشياء التي يراها LIGO ، ولكن هناك العديد من الكائنات مثل هذه الموجودة في الكون لفحصها. يوجد في قلب كل مجرة ​​تقريبًا - بما في ذلك مجرتنا - ثقب أسود فائق الكتلة بداخله ملايين أو أكثر من كتلة الشمس. الكاشف الذي تكون أذرعه أكبر بكثير من الأرض ، مثل هوائي فضائي عملاق على شكل ليزا (أو eLISA) ، يمكنه تحديد موقعها. النجوم الثنائية ، والأقزام البيضاء الثنائية ، والثقوب السوداء الهائلة التي تأكل أشياء أخرى ، وعمليات الاندماج غير المتكافئة للغاية ستصدر جميعها موجات جاذبية بترددات أقل بكثير ، حيث تستغرق دقائق أو ساعات أو حتى أيامًا لتصدر موجات الجاذبية. لا يمكننا رؤيتهم باستخدام LIGO ، لكن مقياس التداخل الأكبر في الفضاء سيكون حساسًا لهم. إذا قررت ناسا الاستثمار فيه (وحتى لو لم تفعل ذلك ، فإن وكالة الفضاء الأوروبية ستفعل) ، يمكننا إطلاق أول كاشفات لهذه الأجسام في وقت ما في ثلاثينيات القرن الحالي.

مصدر الصور: Ramon Naves of Observatorio Montcabrer ، via. [+] http://cometas.sytes.net/blazar/blazar.html (رئيسي) مرصد تورلا / جامعة توركو ، عبر http://www.astro.utu.fi/news/080419.shtml (داخلي).

3.) الثقب الأسود الهائل للغاية مدارات وعمليات الاندماج. هل سمعت من قبل عن الكوازار أو عن نواة مجرة ​​نشطة؟ كان على هذه الثقوب السوداء التي تبلغ كتلتها مليار كتلة شمسية والموجودة في نوى المجرات النشطة أن تصل إلى هذا الحجم بطريقة ما ، ومن المرجح أنها جاءت من اندماجات عملاقة. حتى أن هناك نظامًا واحدًا من هذا القبيل ، OJ 287 ، حيث يدور ثقب أسود كتلته 100 مليون شمسي حول ثقب أسود كتلته 18 مليار كتلة شمسية ، ومن المعروف أنه يجب أن يصدر كمية هائلة من موجات الجاذبية. هذه لها فترات مدارية بترتيب سنوات، والترددات المقابلة المنخفضة بشكل لا يصدق لتتماشى معها. يعد استخدام الكاشفات التقليدية القائمة على الليزر أمرًا غير عملي لهذا ، ولكن استخدام مجموعة من النجوم النابضة - ومعرفة كيفية تأثر توقيتها - سيفي بالغرض. هذا شيء سوف يعمل تعاون NANOgrav ، الذي بدأ للتو ، على تحقيقه خلال العقود القادمة.

رصيد الصورة: National Science Foundation (NASA، JPL، Keck Foundation، Moore Foundation، ذات الصلة) -. [+] تعديلات برنامج BICEP2 الممولة بواسطتي.

4.) بقايا إشعاع موجة الجاذبية من الانفجار العظيم. ولماذا التوقف عن المصادر الفيزيائية الفلكية؟ ستظهر هذه التقلبات منذ ولادة الكون في استقطاب الضوء المتبقي من الانفجار العظيم ، ويتم البحث عنها الآن! ستتذكر أن BICEP2 أعلن عن طريق الخطأ اكتشاف هذه الموجات في عام 2014 ، فقط لتكتشف أن الغبار الأمامي من مجرتنا هو المسؤول عن إشارة الاستقطاب هذه. لكن موجات الجاذبية هذه يجب أن تكون موجودة ، ويجب أن تكون موجودة على جميع الترددات. اعتمادًا على ما نجده - ما هي سعة وطيف هذه الموجات - يمكننا إعادة بناء ما كانت عليه اللحظات الأولى من كوننا بالضبط ، وكيف كانت نهاية التضخم حقًا.

رصيد الصورة: Minglei Tong ، Class.Quant.Grav. 29 (2012) 155006 ، عبر. [+] http://arxiv.org/pdf/1206.2109.pdf.

بالإضافة إلى ذلك ، لا يقتصر الأمر على أن موجات الجاذبية تأتي من هذه المصادر ، بل أن كل مصدر من هذه المصادر يمكن أن يعلمنا قدرًا هائلاً عن الكون. نعم ، هناك فيزياء فلكية متضمنة ، ولكن كلما تمكنا من قياس كل من هذه الأشياء بشكل أكثر حساسية ، كلما تعلمنا المزيد عن:

  • أنواع موجات الجاذبية المنبعثة من كل فئة من فئات المصادر هذه ،
  • فيزياء اللحظات الحاسمة والنهائية للاندماجات والمستعرات الأعظمية والأحداث الكارثية الأخرى كما تُرى من خلال موجات الجاذبية,
  • ومع القدرة ، عند الحساسيات العالية بدرجة كافية ، على البحث عن تأثيرات الجاذبية الكمومية التي قد تخرج عن النسبية العامة.

هناك بعثات رصد مستقبلية مقترحة تتطلع إلى مراقبة عدد كبير من هؤلاء في الحساسيات التي تتفوق عليها الكل من المهمات المذكورة أعلاه ، مثل Big Bang Observer التابع لناسا ، والذي من شأنه فحص جميع المصادر في الفئات 1 و 2 و 4 للحصول على دقة أفضل من أي مهمة أخرى مقترحة. يمكن لمصفوفة من ستة مقاييس تداخل بالقرب من الأرض في المدار ، مع ثلاثة في كل من نقطتي L4 و L5 Lagrange ، تحسين حساسيتنا عبر LISA و LIGO بعدة أوامر من حيث الحجم ، مما يسمح لنا بقياس موجات الجاذبية المتبقية من التضخم مباشرة.

رصيد الصورة: جريجوري هاري ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، من ورشة عمل LIGO لعام 2009 ، LIGO-G0900426 ، عبر. [+] https://dcc.ligo.org/public/0002/G0900426/001/G0900426-v1.pdf.

بالإضافة إلى إمكانية الارتباط بصري مع علم الفلك موجة الجاذبية يمكن لعلم الفلك أن يعطينا وجهات نظر متعددة لنفس الأشياء ، ويعلمنا المزيد عن الكون أكثر مما كنا نعرفه. ربما تساءلت عما إذا كان ثقبان أسودان مندمجان سيصدران نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، مثل أشعة جاما؟

حسنًا ، على الرغم من أن لدينا حدثًا واحدًا فقط في إشعاع الجاذبية ، إلا أنه كانت هناك مصادفة مشبوهة للغاية لانفجار أشعة غاما اكتشفه قمر فيرمي التابع لناسا بعد 0.4 ثانية فقط (!) من إشارة ليجو. عندما يكون لدينا ثلاثة أو أربعة كاشفات للموجات الثقالية (VIRGO و CLIO بالإضافة إلى كاشفين LIGO) ، يمكننا تقييد موقع هذه المصادر بشكل أفضل ، وربما اكتشاف مرة واحدة وإلى الأبد ما هي أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي هذه الأسود تنتج عمليات اندماج الثقوب.

رسم توضيحي لانفجار سريع لأشعة غاما ، كان يُعتقد سابقًا أنه يحدث فقط من اندماج النيوترون. [+] نجوم. رصيد الصورة: ESO.

نحن على حق على حدود فتح الكون بطريقة جديدة تمامًا. كان حدث 14 سبتمبر الذي اكتشفه LIGO هو الحدث الأول فقط مما هو مؤكد أنه سيكون تدفقًا هائلاً لبيانات جديدة ستعلمنا عن الكون في شكل من أشكال الطاقة لم نستكشفه بشكل مباشر من قبل. حان الوقت لاحتضان هذا الشكل الجديد من علم الفلك ، وفتح نافذتنا على الكون كما لم يحدث من قبل. إنه وقت رائع لأي عقول فضولية أن تبقى على قيد الحياة.


اكتشاف موجات الجاذبية: كنت على حق ، كما يقول ستيفن هوكينج

قال البروفيسور ستيفن هوكينج إن اكتشاف موجات الجاذبية يمكن أن "يحدث ثورة في علم الفلك" ، وهو يهنئ العلماء على عملهم الرائد.

قال كبير علماء الكونيات إن هذا الاختراق يتوافق مع تنبؤات قام بها منذ أكثر من 40 عامًا في جامعة كامبريدج.

وقال لبي بي سي: "توفر موجات الجاذبية طريقة جديدة تمامًا للنظر إلى الكون. القدرة على اكتشافها لديها القدرة على إحداث ثورة في علم الفلك. هذا الاكتشاف هو أول اكتشاف لنظام ثنائي للثقب الأسود وأول ملاحظة لدمج الثقوب السوداء ".

قال هوكينج ، مدير الأبحاث في قسم الرياضيات التطبيقية والفيزياء النظرية بجامعة كامبريدج: "تتوافق الخصائص المرصودة لهذا النظام مع التنبؤات حول الثقوب السوداء التي صنعتها في عام 1970 هنا في كامبريدج. مساحة الثقب الأسود النهائي أكبر من مجموع مناطق الثقوب السوداء الأولية كما تنبأت نظرية منطقة الثقب الأسود ".

ولدى سؤاله عما يمكن اكتشافه أكثر إذا أجرى العلماء مسحًا بحثًا عن موجات الجاذبية ، قال: "بصرف النظر عن اختبار النسبية العامة ، يمكننا أن نأمل في رؤية الثقوب السوداء عبر تاريخ الكون. قد نرى حتى بقايا الكون المبكر للغاية أثناء الانفجار العظيم بأقصى طاقات ممكنة ".

وأشاد البروفيسور جون وومرسلي ، الرئيس التنفيذي لمجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا ، بمساهمة المملكة المتحدة في الاكتشاف. وقال: "لقد استغرق الأمر 100 عام والعمل المشترك لمئات من أذكى العلماء والمهندسين وعلماء الرياضيات على الأرض لإثبات صحة هذا التنبؤ الرئيسي لألبرت أينشتاين وإظهار وجود موجات الجاذبية.

"بالطبع ، كان أينشتاين دائمًا أذكى رجل في الغرفة. تذكرنا نتائج اليوم أيضًا بمدى أهمية مساهمة المملكة المتحدة في العلوم الرائدة عالميًا. أود بالتأكيد أن أعتقد أن بعض أذكى الناس على وجه الأرض اليوم يعيشون ويعملون في المملكة المتحدة ".


كيف يبحث ليجو عن موجات الجاذبية؟

فكر في الأمر على أنه أكثر المسطرة حساسية في المجرة.

تحديث: في 12 فبراير 2016 أعلن العلماء أنهم اكتشفوا موجات الجاذبية باستخدام ليجو بعد تجديده في سبتمبر 2015.

بعض الأحداث الكونية كارثية لدرجة أنها تهز نسيج الزمكان ذاته. يصطدم ثقبان أسودان ببعضهما البعض بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، ويتصادم نجمان نيوترونيان - هذه هي زلازل الكون.

ويستمع ليجو إلى موجات الصدمة - تموجات في الزمكان ، والتي تنبأ بها ألبرت أينشتاين في عام 1916 ، صاغًا مصطلح "موجات الجاذبية".

ولكن ، في حين أن لدينا دليلًا غير مباشر على وجودهم ، حتى الآن لم يكتشف أحدهم بشكل مباشر ، مما يجعلهم آخر تنبؤ كبير غير مثبت للنسبية العامة ، وهي نظرية أينشتاين الرائعة في الجاذبية.

وهنا يأتي دور LIGO (مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية).

تم تصميم هذه الأداة التي تبلغ تكلفتها 600 مليون دولار بواسطة علماء الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (بما في ذلك كيب ثورن ، مستشار الفيزياء الفلكية في الفيلم. واقع بين النجوم) تحديدًا لالتقاط موجات الجاذبية.

يمكنك التفكير في LIGO باعتباره أكثر المسطرة حساسية على الإطلاق. عندما تموج موجات الجاذبية فوقنا ، فإنها تسبب تغيرات طفيفة في أبعاد كل ما تمر من خلاله.

كل شيء على الأرض ، بما في ذلك جسمك ، يتوسع ويتقلص بالتوافق مع الأمواج. هذه التوسعات والتقلصات صغيرة بشكل لا يصدق ، وأصغر بكثير من ذرة واحدة - وهذا هو سبب عدم اكتشافها مطلقًا.

تم تصميم LIGO لاكتشاف التغيرات في طوله الذي يبلغ حوالي واحد في الألف من قطر البروتون - 10 −18 مترًا - ربما يكفي فقط للقبض على موجة الجاذبية التي ترسلها كارثة كونية في مجرة ​​قريبة.

لدى ليجو كاشفان ، أحدهما في مجمع هانفورد النووي في واشنطن والآخر في لويزيانا ، على بعد 3000 كيلومتر.

يبدو كل كاشف مثل حرف "L" عملاق مختوم على المنظر الطبيعي - ذراعان طولهما أربعة كيلومترات بزاوية قائمة لبعضهما البعض.

يوجد داخل كل ذراع نفق يحمل شعاع ليزر.

يرتد الليزر لأعلى ولأسفل كل ذراع من الكاشف قبل إعادة تجميعه في الكاشف.

أي تمدد لأحد الذراعين بالنسبة للآخر سيؤدي إلى تحريك المرآة قليلاً ، مما يؤدي إلى تغيير النمط الذي تم الكشف عنه على الكاشف.

ولكن مع مثل هذه المعدات الحساسة ، يمكن للتأثيرات المحلية - حتى حركة المرور الهادرة على بعد 10 كيلومترات - أن تخلق اهتزازات يمكن الخلط بينها وبين موجات الجاذبية.

لهذا السبب يحتاج LIGO إلى جهازي كشف تم إعدادهما بعيدًا عن بعضهما البعض. ستؤثر أي ضوضاء محلية على أحد الكاشفات فقط ، بينما سيُظهر تموج حقيقي في الزمكان نفس الإشارة لكليهما.

في غضون ذلك ، استخدم علماء الفيزياء الفلكية النسبية العامة لتحديد شكل إشارات الأحداث المتطرفة.

وهم يعتقدون أن تصادم ثقبين أسودين ، على سبيل المثال ، من شأنه أن يصنع "زقزقة" مميزة عندما تتصاعد الثقوب السوداء في بعضها البعض ، و "انفجار" عند اندماجها ، ثم ارتداد "رنين" قبل الانحلال النهائي. قد يبدو اصطدام نجم نيوتروني مشابهًا ، ولكن عند درجة صوت أعلى.

أجرى LIGO أول عرض تجريبي له من 2002 إلى 2010 ، على الرغم من أنه لم يكن حساسًا بما يكفي لاكتشاف أي شيء.

تم إغلاقها بعد ذلك للترقية لمدة خمس سنوات ، في حين قام المهندسون بتحسين العزلة عن الاهتزازات ، وهو عمل من شأنه أن يحسن حساسيته بمقدار 10 أضعاف.

تم إعادة تشغيل LIGO المتقدم المعاد تسميته مرة أخرى في سبتمبر 2015 ، وهو قادر الآن على اكتشاف موجات الجاذبية من أماكن بعيدة تصل إلى 225 مليون سنة ضوئية. يشمل مدى وصولها عنقود العذراء العملاق الذي يضم أكثر من مليون مجرة.

مع وجود العديد من المجرات للاختيار من بينها ، فمن المرجح أن يلتقط ليجو الأحداث المتطرفة النادرة مثل الثقوب السوداء أو تصادم النجوم النيوترونية.

العيب الوحيد في نظام LIGO الحالي هو أن لدينا كاشفين فقط ولن نكون قادرين على تثليث أي إشارة. هذا يعني أننا لن نعرف من أين أتت.

ولكن إذا كان لدينا المزيد من أجهزة الكشف ، فسنكون قادرين على تحديد موضع الإشارة (حيث أن الموجة ستغسل الكاشفات على جانب واحد من العالم قبل الوصول إلى الجوانب الأخرى).

يخطط فريق LIGO بالفعل لهذا النوع من النظام ، ومن المرجح أن يتم تعيين أول نظام للهند في أوائل العقد الأول من القرن الحالي.

لكن علينا أولاً معرفة ما إذا كان لدينا الدليل من الأدوات الحالية.

في غضون أسابيع من إعادة التشغيل ، كان المجتمع الفيزيائي غاضبًا من أن LIGO قد اكتشف حدثًا مذهلاً ، على الرغم من أن الباحثين أنفسهم ظلوا خجولين أثناء تفكيرهم في البيانات.

إذا اكتشف LIGO موجات الجاذبية فسيكون ذلك تتويجًا لسعي استمر 100 عام ، وسيعني جائزة نوبل معينة لقادته.

والأهم من ذلك ، أنه سيمهد الطريق لعصر جديد في علم الفلك ، بنفس الطريقة التي فعلها التلسكوب في القرن السابع عشر أو التلسكوبات الراديوية في القرن العشرين.

المعهد الملكي الأسترالي لديه مورد تعليمي يعتمد على هذه المقالة. يمكنك الوصول إليه هنا ..

كاثال أو & # 8217 كونيل

كاثال أوكونيل كاتبة علمية مقيمة في ملبورن.

اقرأ الحقائق العلمية وليس الخيال.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية من أي وقت مضى لشرح الحقائق والاعتزاز بالمعرفة القائمة على الأدلة وعرض أحدث الإنجازات العلمية والتكنولوجية والهندسية. تم نشر كوزموس من قبل المعهد الملكي الأسترالي ، وهي مؤسسة خيرية مكرسة لربط الناس بعالم العلوم. تساعدنا المساهمات المالية ، مهما كانت كبيرة أو صغيرة ، على توفير الوصول إلى المعلومات العلمية الموثوقة في وقت يحتاجه العالم بشدة. يرجى دعمنا من خلال التبرع أو شراء اشتراك اليوم.

التبرع

ناسا Blueshift

في الفضاء، لا يمكن لأحد أن يسمع لك تصرخ. يعرف أي عامل خيال علمي يستحق بلورات الديليتيوم السبب: يتطلب الصوت وسيطًا مثل الهواء أو الماء ينتشر فيه ويكون الفضاء الفارغ جيدًا وخاليًا. لكن ماذا لو أخبرتك أن هناك موجات يمكن أن تنتقل عبرها الفضاء نفسه وأن الفيزيائيين وعلماء الفلك يطورون آلات تسمح لنا بالاستماع إليهم لأول مرة؟

يطلق عليهم موجات الجاذبية وهي عبارة عن تنبؤ للنسبية العامة ، نظرية ألبرت أينشتاين الشهيرة لفهم الجاذبية والتي يبلغ عمرها 100 عام هذا الشهر. قد تكون على دراية بتفسيرات النظرية التي تصف الزمكان على أنه لوح "مطاطي" يتشوه عندما يوضع جسم ضخم عليه. حسنًا ، تخيل أنك ستضغط بإصبعك على هذه الورقة وتحررها. ستحصل على موجة تنتقل للخارج ، مثل الأمواج الموجودة في البركة عند سقوط حجر فيها.

في مفهوم الفنان هذا ، ينتج الثقب الأسود الثنائي موجات الجاذبية التي تنتقل إلى الخارج وتحمل الطاقة بعيدًا عن النظام. حقوق الصورة: ناسا

مع بذل المزيد من الجهد ، من الممكن إجراء معادلات أينشتاين وإظهار أن هناك بالفعل حلًا رياضيًا يصف الموجات في الزمكان وأن هذه تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الضوء ، وتأتي في استقطابين ، ويمكن أن تحمل الطاقة ، والزخم ، والمعلومات. يمكنك أيضًا تحديد ما يلزم لتوليد هذه الموجات وأين قد تتوقع العثور على مثل هذه الأنظمة في الكون.

اتضح أن أفضل المصادر عادة ما تتضمن أجسامًا غريبة ومتطرفة في الفيزياء الفلكية مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء. أحد أفضل المصادر هو النظام الثنائي المرتبط بإحكام مع كائنين من هذا القبيل يدوران حول بعضهما البعض. تحمل موجات الجاذبية الناتجة عن هذه الأنظمة الطاقة بعيدًا وتتسبب في سقوط الأجسام تجاه بعضها البعض ، مما يزيد من اتساع موجات الجاذبية ومعدل استنزافها للطاقة من النظام. والنتيجة هي انهيار سريع للنظام ينتج عنه اندماج كارثي للأجسام واندفاع من موجات الجاذبية.

استخدم علماء ناسا أجهزة كمبيوتر عملاقة لحل معادلات أينشتاين & # 8217s لدمج ثنائي للثقب الأسود للتنبؤ بدقة ناتج موجة الجاذبية. حقوق الصورة: ناسا

الآن إذا كانت الأشياء المعنية مصنوعة من مادة ، على سبيل المثال إذا كانت نجومًا نيوترونية ، فإن الاندماج سينتج دفعة من الطاقة الكهرومغناطيسية التي يمكن اكتشافها باستخدام تلسكوبات اليوم. في الواقع ، هذا نموذج مفضل لنوع واحد من انفجارات أشعة جاما. من ناحية أخرى ، إذا كان الجسمان عبارة عن ثقوب سوداء ، فقد لا تكون هناك إشارة كهرومغناطيسية على الإطلاق. من حيث الطاقة المنبعثة لكل وحدة زمنية ، ما يسميه علماء الفلك اللمعان ، يعد الملهم والاندماج النهائي لنظام الثقب الأسود الثنائي هو الحدث الأكثر إضاءة في الكون منذ الانفجار العظيم ومع ذلك فهو غير مرئي تمامًا إلى أي جهاز يلاحظ في الطيف الكهرومغناطيسي.

لقد أدرك الفيزيائيون وعلماء الفلك إمكانية بناء كاشفات موجات الجاذبية لعقود. إنها توفر فرصة لفهم طبيعة الجاذبية في أكثر أشكالها تطرفًا وكذلك أداة جديدة تمامًا للقيام بعلم الفلك. بطرق عدة، إن مرصد الموجات الثقالية يشبه جهاز الاستماع أكثر من كونه تلسكوبًا. تميل إلى أن تكون حساسة للمصادر الموجودة على مساحة واسعة من السماء ، تمامًا مثل استشعار أذنيك للأصوات القادمة من اتجاهات مختلفة. من الممكن أيضًا ملاحظة مصادر متعددة في وقت واحد ، كما تفعل الأذان البشرية (والدماغ) عندما تتحدث على الهاتف مع تشغيل التلفزيون ، وطنين الثلاجة ، وطنين صفارات الإنذار عن بعد.

المشكلة هي أن الكشف عن موجات الجاذبية هو الصعب. ما تريد البحث عنه هو تمدد الزمكان نفسه. يتم ذلك عن طريق وضع جسمين أو أكثر في حالة سقوط حر شبه كامل بحيث تتأثر حركتهم بالجاذبية فقط. ثم تراقب عن كثب المسافة بين هذه الأجسام وتبحث عن التشوهات التي تسببها موجات الجاذبية العابرة. يتم قياس حجم هذه الموجات برقم بلا أبعاد يسمى الإجهاد ، والذي يخبرك بالإزاحة الكلية التي تسببها الموجات مقسومة على المسافة الأولية بين الجسمين. بالنسبة لمصدر الموجات الثقالية الفيزيائية الفلكية النموذجية ، يبلغ الضغط على الأرض حوالي واحد سيكستليون. ألا تعرف البادئات الخاصة بك إلى هذا الحد؟ ولا أنا أيضًا. إنه جزء واحد من مليار تريليون أو 10 -21. أحيانًا يتم تفسير هذا الرقم الصغير بشكل خاطئ على أنه دليل على ضعف موجات الجاذبية. أفضل وصف هو ذلك الزمكان هو قاسية للغاية ويستغرق هائل كمية من الطاقة لإحداث تشويه بسيط. يجب أن تكون تلك الصفيحة المطاطية في النموذج أشبه بصفائح التيتانيوم.

مرصد LIGO في هانفورد ، واشنطن هو واحد من عدة كاشفات موجات الجاذبية قياس التداخل على نطاق كيلومترات والتي تعمل حاليًا. ليجو حساس لموجات الجاذبية & # 8220 عالية التردد & # 8221 بفترات من الثواني إلى ميلي ثانية. رصيد الصورة: مختبر LIGO

قد تعتقد أن قياس عدد صغير مثل 10 -21 سيكون في عالم الخيال ولكنه في الواقع في متناول تقنيات القياس الدقيقة الحديثة. في الوقت الحالي ، تعمل العديد من جهات التعاون الكبيرة من العلماء على تشغيل كاشفات بمقياس كيلومتر يمكنها قياس تقلبات المسافات بترتيب من 10 إلى 19 مترًا ، أي أصغر بألف مرة من البروتون. أكثرها حساسية ، والمعروفة باسم LIGO ، بدأت للتو في العمل بعد ترقية رئيسية ومن المرجح أن تقوم بأول اكتشاف تاريخي لموجة جاذبية في السنوات القليلة المقبلة. في الواقع ، هناك شائعة فاضحة منتشرة مفادها أنهم ربما اكتشفوا إحداها بالفعل ولكنهم أبقوها سراً حتى يتم فحص كل شيء والتحقق منه مرة أخرى.

مهمة LISA هي مفهوم لبناء مرصد موجات الجاذبية الفضائي الذي يمتد على ملايين الكيلومترات. ستكون مثل هذه الأداة حساسة لموجات الجاذبية & # 8220mid-frequency & # 8221 بفترات تتراوح بين ساعات وثواني. رصيد الصورة: ناسا

في الوقت نفسه ، يقوم آخرون مثلي بتطوير مفاهيم لأجهزة الكشف بمقياس مليون كيلومتر في الفضاء. في الواقع ، أنا جزء من جهد دولي تقوده وكالة الفضاء الأوروبية التي ستطلق قمرًا صناعيًا يسمى LISA Pathfinder في ديسمبر من هذا العام. الغرض من هذا القمر الصناعي هو إظهار بعض التقنيات الجديدة واستراتيجيات القياس التي ستكون ضرورية لتحقيق مرصد موجات الجاذبية الفضائي.

تم تصميم مهمة LISA Pathfinder لإظهار العديد من التقنيات الرئيسية اللازمة لتنفيذ مفهوم LISA. بقيادة وكالة الفضاء الأوروبية بمساهمات من وكالة ناسا والعديد من المؤسسات الأوروبية ، سيتم إطلاق LISA Pathfinder من غيانا الفرنسية في 2 ديسمبر 2015. تُظهر هذه الصورة المركبة الفضائية التي يتم تغذيتها بالوقود قبل أن تتزاوج مع مركبة الإطلاق. رصيد الصورة: ESA-CNES-Arianespace / Optique Vidéo du CSG & # 8211 P. Baudon

في السلسلة القادمة من إدخالات المدونة ، أخطط لتقديمك إلى مهمة LISA Pathfinder بالإضافة إلى التحدث أكثر عن موجات الجاذبية والتقنيات التي يتم تطويرها لاكتشافها. إذا كان بإمكانك & # 8217 انتظار هذه الإدخالات ، فأنا أشجعك على مشاهدة Google Hangout هذه التي استضافتها الجمعيات الفلكية والملاحة الفضائية الأمريكية في 20 نوفمبر ، والتي تضمني ، والدكتور جوي شابيرو كي من جامعة تكساس ريو غراندي فالي ، و الدكتور شين لارسون من Adler Planetarium.


يفتح باب جديد

حتى الآن ، كان علماء الفلك قادرين فقط على رؤية الكون إما مباشرة باستخدام التلسكوبات الفضائية ، أو عن طريق تحليل الأجسام الموجودة في الفضاء السحيق باستخدام أدوات تقيس الضوء فوق البنفسجي.

بينما أنت وأنا وكل من تعرفهم تخلق تموجات في الزمكان ببساطة عن طريق الرقص مع شخص آخر ، على سبيل المثال ، فإن هذا التموج غير مهم عمليًا ولا يمكن اكتشافه.

However, with major cosmic events &ndash like the collision of two black holes, or the birth of a supernova &ndash huge ripples expand into the universe over vast distances that, eventually, strike our planet, but very faintly.

LIGO, the L-shaped telescope, consists of two 4km, highly-sensitive laser beams that can detect even the faintest of these changes.

LIGO&rsquos Sensing and Control (ISC) system. Image via Caltech/MIT/LIGO Lab

When a gravitational wave hits Earth, LIGO and advanced monitoring systems can detect the smallest stretching or squeezing of space-time between two points of each laser.

And so it was in September last year that such a warping of space-time was detected at a frequency of 100Hz.

This discovery allows us to throw open the door and view the first one trillionth of a second of the Big Bang.

&ldquoIn short, this is a really, really difficult experiment.&rdquo Those are the words of Dr David Reitze, the man who announced to the world last September: &ldquoLadies and gentlemen, we have detected gravitational waves. We did it.&rdquo


Definitioner

In a general sense: any travelling pattern, whether or not it involves matter being transported as well. Simple examples are water-waves - wave crests and troughs travelling over a water surface, and a Mexican wave in a football stadium, with fans alternately standing up and sitting down - the pattern moves throught the stadium, not the fans themselves.

An especially simple form for a wave is a sinus wave, a regular pattern of wave crests and troughs.

In a general sense: any travelling pattern, whether or not it involves matter being transported as well. Simple examples are water-waves - wave crests and troughs travelling over a water surface, and a Mexican wave in a football stadium, with fans alternately standing up and sitting down - the pattern moves throught the stadium, not the fans themselves.

An especially simple form for a wave is a sinus wave, a regular pattern of wave crests and troughs.

time It is a fact of life that not all events in our universe happen concurrently - instead, there is a certain order. Defining a time coordinate or defining time, the way physicists do it, is to define a prescription to associate with each event a number so as to reflect that order - if event B happens after event A, then the number associated with B should be larger than that associated with A. The first step of this definition is to construct a clock: Choose a simple process that repeats regularly. (What is "regular"? Luckily, in our universe, all elementary processes such as a swinging pendulum, the oscillations of atoms or of electronic circuits lead to the same concept of regularity.) As a second step, install a counter: A mechanism that, with every repetition of the chosen process, raises the count by one. With this definition, one can at least assign a time (the numerical value of the counter) to events happening at location of the clock. For events at different locations, an additional definition is necessary: One needs to define simultaneity. After all, the statement that some far-away event A happens at 12 o'clock is the same as saying that event A and "our clock counter shows 12:00:00" are simultaneous. The how and why of defining simultaneity - a centre-piece of Einstein's special theory of relativity - are described in the spotlight topic Defining "now". With all these preparations, physicists can, in principle, assign a time coordinate value ("a time") to any possible events, and describes how fast or how slow processes happen, compared to that time coordinate. theory of relativity See relativity theory surface Geometric space with two dimensions. Examples include the plane or the surface of a sphere. star A cosmic gas ball that is massive enough for pressure and temperatur in its core to reach values where self-sustained nuclear fusion reactions set in. The energy set free in these reactions makes stars into very bright sources of light and other forms of electromagnetic radiation. Once the nuclear fuel is exhausted, the star becomes a white dwarf, a neutron star or a black hole. stars (star) A cosmic gas ball that is massive enough for pressure and temperatur in its core to reach values where self-sustained nuclear fusion reactions set in. The energy set free in these reactions makes stars into very bright sources of light and other forms of electromagnetic radiation. Once the nuclear fuel is exhausted, the star becomes a white dwarf, a neutron star or a black hole. spin Fundamental quantum property of elementary as well as of compound particles. For elementary particles, the spin determines whether the particle is a matter particle (half-integer spin such as 1/2, 3/2, 5/2 etc.) or a force particle (integer spin such as 0, 1, 2 etc.). second In the International System of units: the basic unit of time. Defined as a certain multiple of the oscillation period of electromagnetic radiation set free in a certain transition within the electron shell of atoms of the type Cesium-133. relativistic Models, effects or phenomena in which special relativity or general relativity play a crucial role are called relativistic. Examples are relativistic quantum field theories as theories based on special relativity, or the relativistic perihelion shift as a consequence of general relativity. In addition, conditions under which the difference between relativistic physics and ordinary, classical physics are especially pronounced, are also called relativistic. For instance, when material objects reach speeds close to speed of light, one talks of relativistic speeds, while speeds that are so small compared to light as to make relativistic effects undetectably small are non-relativistic. theory of relativity (relativity theory) The modern theories of space and time that go back to Albert Einstein: His special theory of relativity, which ignores the effects of gravitation, and his general theory of relativity, in which gravitation is included as a distortion of space and time. For an introduction to the basics of both theories of relativity, check out the chapters Special relativity and General relativity in Elementary Einstein. radio waves Variety of electromagnetic radiation with frequencies of a few thousand to a few billion oscillations per second, corresponding to wave-lengths of a few kilometres to a few centimetres. True to their name, these are the electromagnetic waves that bring radio and TV programs from the broadcast towers to our personal antennas and receivers. Cosmic radiowaves also make for interesting observations - see radio astronomy. radio signals (radio waves) Variety of electromagnetic radiation with frequencies of a few thousand to a few billion oscillations per second, corresponding to wave-lengths of a few kilometres to a few centimetres. True to their name, these are the electromagnetic waves that bring radio and TV programs from the broadcast towers to our personal antennas and receivers. Cosmic radiowaves also make for interesting observations - see radio astronomy. radio telescope Any antenna used for radio astronomy, for instance to observe pulsars or radio galaxies. radio signals See radio waves radiation

In a general sense: Collective name for all phenomena in which energy is transported through space in the form of waves or particles. In a more restricted sense, the word is often used synonymously with electromagnetic radiation.

pulsar Rotating neutron star from which regular pulses of radiation reach the Earth. Behind those pulses is the fact that the pulsar sends out narrowly focussed beams of radiation that, due to the pulsar's rotation, sweep through space like the beam of a light-house. An animation illustrating this effect can be found on the page Neutron stars and pulsars in the chapter Black holes & Co. of Elementary Einstein. pulsars (pulsar) Rotating neutron star from which regular pulses of radiation reach the Earth. Behind those pulses is the fact that the pulsar sends out narrowly focussed beams of radiation that, due to the pulsar's rotation, sweep through space like the beam of a light-house. An animation illustrating this effect can be found on the page Neutron stars and pulsars in the chapter Black holes & Co. of Elementary Einstein. relativistic (perihelion advance, relativistic) For planetary orbits, there is a small difference between the predictions of Newtonian gravity and general relativity. For instance, in Newton's theory, the orbital curve of a lonely planet orbiting a star is an ellipse. In general relativity, it is a kind of rose or rhodonea curve. Such a curve is similar to an ellipse curve, which shifts a bit with each additional orbit. The shift can be defined by looking at the point which is closest to the sun (perihelion) on each orbit. The additional relativistic shift is, hence, called relativistic perihelion shift or relativistic perihelion advance. A picture can be seen on the page A planet goes astray in the chapter General relativity of Elementary Einstein. neutron Particle that is electrically neutral and comparatively massive the atomic nuclei consist of neutrons and protons. Neutrons are not elementary particles, they are compound particles consisting of quarks that are bound together through the strong nuclear interaction . Collectively, neutrons, protons and a number of similar particles are called baryons. Neutron stars are mainly made of neutrons. neutron star Final stage of massive stars that explode as a supernova. In the explosion process, the core of the star collapses to form a compact object with roughly 1.4 solar masses that mostly consists of nuclear matter, predominantly of neutrons. For astronomers, neutron stars are of interest as there exists a variety called pulsars from which they receive highly regular pulses of electromagnetic radiation. For relativists, they are interesting as the typical effects of general relativity are very pronounced in objects that compact (compare PSR 1913+16, double pulsar PSR J0737-3029A/B). NASA (National Aeronautics and Space Administration (NASA)) Part of the US government in charge not only of manned space missions, but also responsible for numerous highly successful satellite and probe missions. NASA is a partner in projects such as the Hubble space telescope or the gravitational wave detector LISA. NASA website AEI (Max Planck Institute for Gravitational Physics/Albert Einstein Institute) See Albert Einstein Institute. mass In classical physics, mass plays a triple role. First of all, it is a measure for how easy it is to influence the motion of a body. Imagine that you're drifting in emtpy space. Drifting by are an elephant and a mouse, and you give each of them a push of equal strength. The fact that the mouse abruptly changes its path, while the elephant's course is as good as unaltered, is a sure sign that the mass (or, in the language of physics, the inertia or inertial mass) of the elephant is much greater than that of the mouse. Secondly, mass is a measure of how many atoms there are in a body, and of what type they are. All atoms of one and the same type have the same mass, and adding up all those tiny component masses, the total mass of the body results. Thirdly, in Newton's theory of gravity, mass determines how strongly a body attracts other bodies via the gravitational force, and how strongly these bodies attract it (in this sense, mass is the charge associated with the gravitational force). In special relativity, one can also define a mass that is a measure for a bodies resistance to changing its motion. However, the value of this relativistic mass depends on the relative motion of the body and the observer. The relativistic mass is the "m" in Einstein's famous E=mc² (cf. equivalence of mass and energy). The relativistic mass has a minimum for an observer that is at rest relative to the body in question. This value is the so-called rest mass of the body, and when particle physicists talk of mass, this is usually what they mean. Just as in classical physics, the rest mass is a kind of measure for how much matter the body is made up of - with one caveat: For composite bodies, the energies associated with the forces holding the body together contribute to the total mass, as well (another consequence of the equivalence of mass and energy). In general relativity, mass still plays a role as a source of gravity however, it has been joined by physical quantities such as energy, momentum and pressure. magnetic field The magnetic force is a force by which electric currents (i.e. moving electric charges) act on each other the magnetic field is the associated field. All phenomena related to the magnetic force or magnetic field are subsumed under the heading of magnetism. Magnetic fields cannot be understood separate from electric fields - their complete description is possible only within the more general context of electromagnetism. LIGO Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory : A detector project for the measurement of gravitational waves in the United States, which was upgraded to the Advanced LIGO between 2010 and 2015 .The detector includes two interferometric gravitational wave detectors, with an arm-length of four kilometers each. One of them is located in Hanford, Washington, the other one is located in Livingston, Louisiana. The first ever direct measurement of gravitational waves was made at LIGO. > LIGO website gravitational waves Distortions of space geometry that propagate through space with the speed of light, analogous to ripples on the surface of a pond propagating as water waves. For more informations about gravitational waves, please consult the chapter Gravitational waves of Elementary Einstein. Selected aspects of gravitational wave physics are described in the category Gravitational waves of our Spotlights on relativity. general theory of relativity Albert Einstein's theory of gravity a generalization of his special theory of relativity. For information about the concepts and applications of this theory, we recommend the chapter general relativity of our introductory section Elementary Einstein. Further information about many different aspects of general relativity and its applications can be found in our section Spotlights on relativity. gamma rays The most highly energetic variety of electromagnetic radiation , with over a quintillion oscillations per second, corresponding to wave-lengths of less than a hundredth billionth of a metre. gamma radiation (gamma rays) The most highly energetic variety of electromagnetic radiation , with over a quintillion oscillations per second, corresponding to wave-lengths of less than a hundredth billionth of a metre. frequency

Measure for the rapidity of an oscillation, defined as the inverse of the period of oscillation: A process that, in oscillating, repeats itself after 0.1 seconds has the frequency 1/(0.1 seconds)= 10 Hz. (The unit Hertz, abbreviated as Hz, is defined as 1 Hz = 1/second.)

For a simple wave, the frequency is given by the number of maxima going by a stationary observer in a second. Ten maxima going by per second correspond to a frequency of 10 Hz.

free In the context of relativity theory, a particle (object, observer. ) that is not acted upon by any force except gravity is said to be free or, a bit more specific, to be in free fall. Free test particles play an important role in understanding the structure of general relativity. field A field describes how a physical quantity is distributed in space and time. For instance, the area where electric forces act on a test particle is subject to an electric field. Or the gravitational forces which act on the mass of a test body define a gravitational field. In general a field contains energy, occupies space and can change over time. energy Physical quantity with the special property that, in physical processes, energy is neither destroyed nor created, simply transformed from one form of energy to another. Some of the different forms of energy that are defined separately are kinetic energy, thermal energy and the energy carried by electromagnetic radiation. Processes that transform one form of energy into another take place in all machines we use in everyday life, from the engine of a subway train (electrical energy into kinetic energy of the train) to an electric blanket (electrical energy into thermal energy). One important consequence of special relativity is that energy and mass are completely equivalent - two different ways to define what is, on closer inspection, one and the same physical quantity. See the keyword equivalence between mass and energy. [email protected] Project that uses private computers to search for gravitational waves in the data of current gravitational wave detectors. More information can be found on the project webpages. > [email protected] project page Earth Our very own planet in the solar system - the third planet from the sun. The earth has a mass of about 6 trillion trillion (in exponential notation, 6·10 24 ) kilograms. Doppler shift (Doppler effect) Effect named after the Austrian scientist Christian Doppler concerning the emission of waves by moving sources. Consider a wave-source (for instance, a device that sends out sound-waves or light-waves). Also consider two observers A and B, with observer A moving relative to the source, while observer B is at rest relative to it. When a source that moves relative to an observer emits a wave, the frequency measured by this observer is different from what a measuring instrument would record that is at rest relative to the source: If source and observer approach each other, the observer measures a higher frequency, if they move away from each other, a lower frequency. In everyday life, the Doppler effect is readily apparent when we listen to sound waves from moving sources. If a police car or fire truck with blaring horns first races towards us, then passes us and races away, the characteristic horn sounds change dramatically in pitch, the moment the car passes us. This is because, at first, the car is moving towards us, and there is a Doppler shift towards higher pitch compared with a listener in the car. From the moment the car passes us, it becomes a source that moves away from us, with all sounds being shifted to lower pitch. In the context of relativity, the most important Doppler effect is that for light waves. In this context, a shift towards higher frequencies is called blueshift, one to lower frequencies redshift. تيار

Matter in coordinated, flowing motion - think of water flowing in a pipe. An important example is the electric current associated with moving electric charges. Electric currents are the sources of magnetic fields.

continuous Space as we are used to thinking about it is a continuum or, equivalently, continuous space: Between every two points, there always exists an infinity of other points, and every volume can be divided into smaller and smaller parts without ever reaching a limit. binary (binary star) A system consisting of two stars in orbit around each other. From a relativistic point of view, there are binaries that are of special interest, namely those in which at least one of the partners is a neutron star or a black hole. Potentially, such systems are effective sources of gravitational waves. Albert Einstein Institute One of the research institutes of the Max Planck Society an international centre for research on Einstein's theory of gravity - from the mathematical fundamental, astrophysics and gravitational waves to quantum gravity. Founded in 1995, the institute is situated in Golm near Potsdam in Germany. In 2002, the experimental branch of the institute was opened in Hannover. It is dedicated to research with the gravitational wave detector GEO 600 . AEI webpages Website of AEI-Hannover acceleration

Every change of velocity with time is an acceleration.

This definition is slightly different from our everyday usage of the word. Ordinarily, we talk of an object accelerating when it becomes faster and faster. The physics definition covers two more situations. An object that decelerates, becomes slower, thus changes its velocity and, in the physics sense, undergoes a (negative) acceleration. Also, in physics, velocity is not the same as speed. A constant velocity implies not only constant speed, but also a constant direction of movement. Once the direction changes, so does the velocity - the change in velocity is associated with the change in the direction of movement. Thus, in the physics sense, even a car going around a curve of the road at constant speed undergoes acceleration.


LISA: Detecting Exoplanets Using Gravitational Waves

Humanity is experiencing a revolution in astronomy. Until recently, we've depended on the electromagnetic spectrum (i.e. light) to make discoveries from our solar system's backyard to the furthest-most reaches of the cosmos by using telescopes. Now, with the first historic detection of gravitational waves on Sept. 14, 2015, a whole new universe awaits us, one in which we can analyze the spacetime ripples washing over us from black hole collisions and, possibly, alien worlds as they orbit their distant stars.

In a study published July 8, 2019, in Nature Astronomy, a group of researchers have explored the latter possibility to reveal extrasolar planets, or exoplanets, that would otherwise remain invisible to traditional astronomical techniques.

"We propose a method which uses gravitational waves to find exoplanets that orbit binary white dwarf stars," Nicola Tamanini, of the Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) in Potsdam, Germany, said in a statement.

So far, the gravitational waves generated by massive collisions in the deep cosmos have been detected by two observatories, the U.S.-based Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) that uses two detectors in Washington and Louisiana, and the Virgo interferometer near Pisa, Italy. Both projects use L-shaped buildings that house advanced laser interferometers that can detect the minute fluctuations in distance as gravitational waves wash through our planet. LIGO was the first to detect the gravitational waves that were theorized by Einstein more than a century ago and now both LIGO and Virgo work in concert to make regular detections of black hole and neutron star collisions.

In 2017, another historic milestone was reached when both the gravitational waves and gamma-ray radiation were detected at the same time when two neutron stars collided in a galaxy 130 light-years away. This event launched a new era of "multimessenger astronomy" that enabled astronomers to pinpoint the location of the event, understand the physical mechanisms behind short gamma-ray bursts, confirm that colliding neutron stars are the culprit, and provide an intimate look at the nuclear processes that manufacture heavy elements (such as gold and platinum) in the cosmos.

Launching Detectors Into Space

With these incredible advancements facilitated by our new ability to detect gravitational waves, what does the future hold? Well, why not launch a gravitational wave observatory into space! As discussed in the Nature Astronomy study, the planned Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will do just that and its extreme sensitivity will give us a brand new look at cosmic targets that are currently hiding in the dark. One of these targets will be binary white dwarf star systems that may be accompanied by orbiting exoplanets (with masses of 50 Earth-masses and greater) that cannot be seen using current exoplanet-detection techniques. Theoretically, LISA will be sensitive to gravitational waves coming from white dwarf binaries throughout our galaxy.

"LISA will measure gravitational waves from thousands of white dwarf binaries," said Tamanini. "When a planet is orbiting such a pair of white dwarfs, the observed gravitational-wave pattern will look different compared to the one of a binary without a planet. This characteristic change in the gravitational waveforms will enable us to discover exoplanets."

White dwarfs are the stellar corpses of sun-like stars that have run out of fuel and died long ago. Our sun will run out of fuel in 5 billion years or so, which will cause it to swell up into a bloated red giant. After the red giant phase, the star will shed its layers of hot plasma, creating a so-called planetary nebula, leaving a tiny spinning object approximately the size of Earth in its wake. This dense object will then be crushed under its own immense gravity, creating a blob of degenerate matter.

White dwarfs are well studied and represent the final, dead phase of our sun's life, but they could also be invaluable objects in our pursuit to find new worlds far beyond the solar system.

If, for example, two white dwarfs orbit one another as a binary system, the gravitational perturbations they create will act like a spinning child's toy in a swimming pool — ripples in spacetime will propagate in all directions, carrying energy away from the orbiting stars at the speed of light. Current gravitational wave detectors can only measure the most powerful cosmic clashes, but with LISA, these more subtle events that produce a weaker gravitational wave signal will be within reach.

Hidden Alien Worlds

Currently, astronomers use two primary methods to detect exoplanets orbiting other stars: the "radial velocity method," which uses very sensitive spectrometers attached to telescopes that can detect the Doppler shift caused by an orbiting exoplanet, and the "transit method," which NASA's Kepler space telescope (and others) use to detect the very slight dip in star brightness as a world orbits in front.

Although over 4,000 exoplanets have been discovered primarily by using these two methods, some exoplanets remain hidden and, in the case of binary white dwarfs, we know little about whether they تستطيع host exoplanets. But, if LISA can measure the space-time ripples emanating from these systems, it might also detect the slight tugging of exoplanets as they orbit, in a similar manner that the radial velocity method measures the Doppler shift of electromagnetic waves, only using gravitational waves instead.

LISA is a project led by the European Space Agency and is currently scheduled to launch in 2034. Consisting of three spacecraft flying in formation, they will beam ultra-precise lasers at one another to create a vast equilateral triangular laser interferometer with each spacecraft separated by 1.5 million miles (2.5 million kilometers). LISA will therefore be an interferometer a million times bigger than anything we currently have, or ever will have, on Earth.

"LISA is going to target an exoplanet population yet completely unprobed," added Tamanini. "From a theoretical perspective, nothing prevents the presence of exoplanets around compact binary white dwarfs."

If these binary white dwarf star systems are found to also host exoplanets, they will help us better understand how star systems like our own evolve and whether planets can survive after their binary star systems have run out of fuel and died. The researchers also point out that they could also reveal whether second-generation exoplanets (i.e. planets that form after the red giant phase) exist.

Beyond the gravitational wave detections of exoplanets, the possibilities are endless. If there's one thing that the current "new age" of gravitational wave astronomy has taught us, future space-based observatories like LISA could reveal phenomena that occur in the dark that we never thought we'd ever witness.

About 1,600 light-years away from Earth, in a binary star system known as J0806, two dense white dwarf stars orbit each other once every 321 seconds. Based on data from the Chandra X-Ray Observatory, astronomers believe that the stars' already super short orbital period is steadily becoming shorter, which will eventually cause the two stars to merge.


شاهد الفيديو: Two Black Holes Merge into One (ديسمبر 2022).