Τα βαρυτικά κύματα είναι η τελευταία μεγάλη πρόβλεψη της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας για την ανίχνευση των οποίων έχει γίνει μια μεγάλη προσπάθεια τις τελευταίες δεκαετίες με διάφορους ανιχνευτές (LIGO, VIRGO, GEO 600, TAMA 300, κ.ο.κ. δες εδώ) που είναι σε λειτουργία, αναβαθμίζονται ή θα αναβαθμιστούν, και σχεδιάζονται να κατασκευαστούν στο μέλλον.
Η πιο πρόσφατη εξέλιξη ήταν μετά το καλοκαίρι που τέθηκε σε λειτουργία το αναβαθμισμένο LIGO το οποίο έχει αυξήσει σημαντικά την ευαισθησία, αυξάνοντας έτσι τις πιθανότητες ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Πολύς κόσμος μάλιστα ήταν σίγουρος ότι το LIGO θα έβλεπε κάποιο σήμα μέσα στο 2016.
Και από ότι φαίνεται έτσι και έγινε. Και μάλιστα έγινε και με τον πιο θεαματικό τρόπο. Το LIGO είδε στις 14 Σεπτέμβρη 2015 στις 9:50:45 UTC βαρυτικό σήμα στην περιοχή των συχνοτήτων από 35Hz ως τα 250Hz που υποδεικνύει την συγχώνευση δύο μελανών οπών μεγάλης μάζας, $$\reverse\opaque 29^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και $$\reverse\opaque 36^{+5}_{-4} M_{\odot}$$ η κάθε μία, οι οποίες είχαν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας η οποία αρχικά ταλαντωνόταν εξαιτίας της βίαιης διαδικασίας της σύγκρουσης που τελικά μετά από κάποιο χρόνο, και αφού εξέπεμψε όλες τις διαταραχές μέσα από μια διαδικασία που λέγετε ringdown, κατέληξε σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα τύπου Kerr με μάζα $$\reverse\opaque 62^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και περιστροφή $$\reverse\opaque j= J/M^2= 0.67$$. Από την διαδικασία ενέργεια ίση με $$\reverse\opaque 3^{+0.5}_{-0.5} M_{\odot}c^2$$ εκπέμφθηκε υπό μορφή βαρυτικών κυμάτων. Η πηγή υπολογίζεται ότι βρίσκεται σε luminosity distance $$\reverse\opaque 410^{+160}_{-150} Mpc$$ ή διαφορετικά σε κοσμολογικό redshift ίσο με $$\reverse\opaque z=0.09^{+0.03}_{-0.04}$$.
Το LIGO λοιπόν μέτρησε τα βαρυτικά κύματα και στους δύο ανιχνευτές του (LIGO Hanford, Washington State και LIGO Livingston, Louisiana State) που έχουν απόσταση 3002 km.
Το σήμα από μια τέτοια διαδικασία, σύμφωνα με τις προβλέψεις, έχει 3 χαρακτηριστικά μέρη, το πρώτο από την αρχική φάση όπου οι δύο αρχικές μαύρες τρύπες περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη εκπέμποντας βαρυτικά κύματα και χάνοντας ενέργεια όπου πλησιάζουν μέχρι να συγκρουστούν (η διαδικασία αυτή λέγεται inspiral και το κομμάτι αυτό του σήματος λέγεται chirp), το δεύτερο όπου έχουμε την βίαιη σύγκρουση, και τέλος το τρίτο όπου το τελικό αντικείμενο ταλαντώνεται και εκπέμπει όλες τις διαταραχές που έχει (ringdown) μέχρι να καταλήξει σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα τύπου Kerr που διαθέτει μόνο μάζα και περιστροφή και δεν έχει καμία επιπλέον πολυπλοκότητα στη δομή της, όπως προβλέπει το no-hair theorem.
Και εδώ είναι που αρχίζει να γίνεται πραγματικά ενδιαφέρον το πράγμα, πέρα από την απλή επαλήθευση της ύπαρξης και την άμεση παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων, αφού από το αρχικό σήμα του inspiral μπορούμε να μετρήσουμε τις ιδιότητες των δύο αρχικών μελανών οπών, ενώ από το ringdown μπορούμε να μετρήσουμε τις ιδιότητες τη τελικής μαύρης τρύπας. Και το μεγάλο ερώτημα εδώ είναι, είναι οι μαύρες αυτές τρύπες οι μαύρες τρύπες που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα; Έχουν όλες τις σωστές ιδιότητες; Έχουν τα σωστά ανώτερα πολύπολα; Κάποιες από τις εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας που έχουμε προβλέπουν ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα είναι λίγο διαφορετικές από τις μαύρες τρύπες τύπου Kerr που προβλέπει η σχετικότητα. Κάποιες άλλες θεωρίες προβλέπουν ότι θα είναι ίδιες με της σχετικότητας. Η μέτρηση λοιπόν αυτών των ιδιοτήτων θα μας πει ακόμα περισσότερα για τη θεωρία της βαρύτητας, από την απλή επαλήθευση της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων.
Το πρώτο μεγάλο αποτέλεσμα λοιπόν είναι ότι το LIGO κατάφερε να να παρατηρήσει την πρώτη συγχώνευση δύο μελανών οπών (ένα φαινόμενο που παρατηρούμε για πρώτη φορά) καθώς και να ανιχνεύσει άμεσα βαρυτικά κύματα, επιβεβαιώνοντας έτσι την ύπαρξή τους σύμφωνα με τις προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας και των επεκτάσεων/τροποποιήσεών της. Το δεύτερο μεγάλο αποτέλεσμα έχει να κάνει με την μέτρηση των ιδιοτήτων, με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων, αυτών των μελανών οπών, που από την μία επιτρέπει τον έλεγχο της σχετικότητας και των διαφόρων εναλλακτικών θεωριών και από την άλλη συνιστά την πραγματοποίηση της πρώτης παρατήρησης ενός νέου κλάδου αστρονομίας, αυτού της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων. Και το δεύτερο είναι το πιο σημαντικό ίσως, αφού είναι η αρχή ενός νέου παράθυρου στο σύμπαν που θα μας βοηθήσει να ξεκλειδώσουμε ακόμα περισσότερα μυστικά της φύσης μαζεύοντας πληροφορίες από ακόμα περισσότερα αντικείμενα στο μέλλον (όπως είναι οι αστέρες νετρονίων, οι εκρήξεις υπερκαινοφανών κλπ).
Και τι είδε λοιπόν το LIGO; Το LIGO μέτρησε καθαρά το αρχικό σήμα του inspiral με τη διαδικασία του match filtering από το οποίο μπόρεσε να εξάγει τις αρχικές μάζες των δύο μελανών οπών, $$\reverse\opaque 29^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και $$\reverse\opaque 36^{+5}_{-4} M_{\odot}$$. Από τα στοιχεία του inspiral οι ερευνητές προέβλεψαν την μάζα και το σπιν της τελικής μαύρης τρύπας.
Ακόμα μέτρησε καθαρά και το ringdown από το οποίο κατάφερε να εξάγει την μάζα και το σπιν της τελικής μαύρης τρύπας. Τα δύο αποτελέσματα από την όλη διαδικασία συμπίπτουν με τις προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτό το θέμα θα παρουσιστούν σε εργασίες που θα ακολουθήσουν.
Και μια ακόμα ενδιαφέρουσα μέτρηση είναι αυτή της μέτρησης της ταχύτητας των βαρυτικών κυμάτων. Από τη φάση του βαρυτικού κύματος μπορεί να εξάγει κάνεις περιορισμούς για την ταχύτητα ή διαφορετικά για την μάζα του κβάντου της βαρύτητας, δηλαδή του γκραβιτονίου. Και το βαρυτικό κύμα λοιπόν κινείται με την ταχύτητα του φωτός και είναι όπως το προβλέπει η σχετικότητα χωρίς μάζα. Περισσότερα για αυτό επίσης θα εμφανιστούν σε επόμενες εργασίες. Περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να δει κανείς εδώ.
Αρχίζει λοιπόν η αστρονομία βαρυτικών κυμάτων και το μέλλον φαντάζει λαμπρό.
Η πιο πρόσφατη εξέλιξη ήταν μετά το καλοκαίρι που τέθηκε σε λειτουργία το αναβαθμισμένο LIGO το οποίο έχει αυξήσει σημαντικά την ευαισθησία, αυξάνοντας έτσι τις πιθανότητες ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Πολύς κόσμος μάλιστα ήταν σίγουρος ότι το LIGO θα έβλεπε κάποιο σήμα μέσα στο 2016.
Και από ότι φαίνεται έτσι και έγινε. Και μάλιστα έγινε και με τον πιο θεαματικό τρόπο. Το LIGO είδε στις 14 Σεπτέμβρη 2015 στις 9:50:45 UTC βαρυτικό σήμα στην περιοχή των συχνοτήτων από 35Hz ως τα 250Hz που υποδεικνύει την συγχώνευση δύο μελανών οπών μεγάλης μάζας, $$\reverse\opaque 29^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και $$\reverse\opaque 36^{+5}_{-4} M_{\odot}$$ η κάθε μία, οι οποίες είχαν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας η οποία αρχικά ταλαντωνόταν εξαιτίας της βίαιης διαδικασίας της σύγκρουσης που τελικά μετά από κάποιο χρόνο, και αφού εξέπεμψε όλες τις διαταραχές μέσα από μια διαδικασία που λέγετε ringdown, κατέληξε σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα τύπου Kerr με μάζα $$\reverse\opaque 62^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και περιστροφή $$\reverse\opaque j= J/M^2= 0.67$$. Από την διαδικασία ενέργεια ίση με $$\reverse\opaque 3^{+0.5}_{-0.5} M_{\odot}c^2$$ εκπέμφθηκε υπό μορφή βαρυτικών κυμάτων. Η πηγή υπολογίζεται ότι βρίσκεται σε luminosity distance $$\reverse\opaque 410^{+160}_{-150} Mpc$$ ή διαφορετικά σε κοσμολογικό redshift ίσο με $$\reverse\opaque z=0.09^{+0.03}_{-0.04}$$.
Το LIGO λοιπόν μέτρησε τα βαρυτικά κύματα και στους δύο ανιχνευτές του (LIGO Hanford, Washington State και LIGO Livingston, Louisiana State) που έχουν απόσταση 3002 km.
Sweet @LIGO pic.twitter.com/v7b9FFfbR1
— Vagelford (@Vagelford) February 11, 2016
Adding more server capacity. In the meantime, here is the title and abstract. Note, the paper is Open Access #LIGO pic.twitter.com/a5tyAMbZC2
— Physical Review Lett (@PhysRevLett) February 11, 2016
Το σήμα από μια τέτοια διαδικασία, σύμφωνα με τις προβλέψεις, έχει 3 χαρακτηριστικά μέρη, το πρώτο από την αρχική φάση όπου οι δύο αρχικές μαύρες τρύπες περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη εκπέμποντας βαρυτικά κύματα και χάνοντας ενέργεια όπου πλησιάζουν μέχρι να συγκρουστούν (η διαδικασία αυτή λέγεται inspiral και το κομμάτι αυτό του σήματος λέγεται chirp), το δεύτερο όπου έχουμε την βίαιη σύγκρουση, και τέλος το τρίτο όπου το τελικό αντικείμενο ταλαντώνεται και εκπέμπει όλες τις διαταραχές που έχει (ringdown) μέχρι να καταλήξει σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα τύπου Kerr που διαθέτει μόνο μάζα και περιστροφή και δεν έχει καμία επιπλέον πολυπλοκότητα στη δομή της, όπως προβλέπει το no-hair theorem.
Και εδώ είναι που αρχίζει να γίνεται πραγματικά ενδιαφέρον το πράγμα, πέρα από την απλή επαλήθευση της ύπαρξης και την άμεση παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων, αφού από το αρχικό σήμα του inspiral μπορούμε να μετρήσουμε τις ιδιότητες των δύο αρχικών μελανών οπών, ενώ από το ringdown μπορούμε να μετρήσουμε τις ιδιότητες τη τελικής μαύρης τρύπας. Και το μεγάλο ερώτημα εδώ είναι, είναι οι μαύρες αυτές τρύπες οι μαύρες τρύπες που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα; Έχουν όλες τις σωστές ιδιότητες; Έχουν τα σωστά ανώτερα πολύπολα; Κάποιες από τις εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας που έχουμε προβλέπουν ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα είναι λίγο διαφορετικές από τις μαύρες τρύπες τύπου Kerr που προβλέπει η σχετικότητα. Κάποιες άλλες θεωρίες προβλέπουν ότι θα είναι ίδιες με της σχετικότητας. Η μέτρηση λοιπόν αυτών των ιδιοτήτων θα μας πει ακόμα περισσότερα για τη θεωρία της βαρύτητας, από την απλή επαλήθευση της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων.
Το πρώτο μεγάλο αποτέλεσμα λοιπόν είναι ότι το LIGO κατάφερε να να παρατηρήσει την πρώτη συγχώνευση δύο μελανών οπών (ένα φαινόμενο που παρατηρούμε για πρώτη φορά) καθώς και να ανιχνεύσει άμεσα βαρυτικά κύματα, επιβεβαιώνοντας έτσι την ύπαρξή τους σύμφωνα με τις προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας και των επεκτάσεων/τροποποιήσεών της. Το δεύτερο μεγάλο αποτέλεσμα έχει να κάνει με την μέτρηση των ιδιοτήτων, με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων, αυτών των μελανών οπών, που από την μία επιτρέπει τον έλεγχο της σχετικότητας και των διαφόρων εναλλακτικών θεωριών και από την άλλη συνιστά την πραγματοποίηση της πρώτης παρατήρησης ενός νέου κλάδου αστρονομίας, αυτού της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων. Και το δεύτερο είναι το πιο σημαντικό ίσως, αφού είναι η αρχή ενός νέου παράθυρου στο σύμπαν που θα μας βοηθήσει να ξεκλειδώσουμε ακόμα περισσότερα μυστικά της φύσης μαζεύοντας πληροφορίες από ακόμα περισσότερα αντικείμενα στο μέλλον (όπως είναι οι αστέρες νετρονίων, οι εκρήξεις υπερκαινοφανών κλπ).
Και τι είδε λοιπόν το LIGO; Το LIGO μέτρησε καθαρά το αρχικό σήμα του inspiral με τη διαδικασία του match filtering από το οποίο μπόρεσε να εξάγει τις αρχικές μάζες των δύο μελανών οπών, $$\reverse\opaque 29^{+4}_{-4} M_{\odot}$$ και $$\reverse\opaque 36^{+5}_{-4} M_{\odot}$$. Από τα στοιχεία του inspiral οι ερευνητές προέβλεψαν την μάζα και το σπιν της τελικής μαύρης τρύπας.
Ακόμα μέτρησε καθαρά και το ringdown από το οποίο κατάφερε να εξάγει την μάζα και το σπιν της τελικής μαύρης τρύπας. Τα δύο αποτελέσματα από την όλη διαδικασία συμπίπτουν με τις προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτό το θέμα θα παρουσιστούν σε εργασίες που θα ακολουθήσουν.
Και μια ακόμα ενδιαφέρουσα μέτρηση είναι αυτή της μέτρησης της ταχύτητας των βαρυτικών κυμάτων. Από τη φάση του βαρυτικού κύματος μπορεί να εξάγει κάνεις περιορισμούς για την ταχύτητα ή διαφορετικά για την μάζα του κβάντου της βαρύτητας, δηλαδή του γκραβιτονίου. Και το βαρυτικό κύμα λοιπόν κινείται με την ταχύτητα του φωτός και είναι όπως το προβλέπει η σχετικότητα χωρίς μάζα. Περισσότερα για αυτό επίσης θα εμφανιστούν σε επόμενες εργασίες. Περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να δει κανείς εδώ.
Αρχίζει λοιπόν η αστρονομία βαρυτικών κυμάτων και το μέλλον φαντάζει λαμπρό.
17 σχόλια:
Λιγες στιγμες σε κανουν να νιωσεις την υπερβατικη συνδεση με κατι τοσο θεμελιωδες οσο τη φυση του χωροχρονου. Higgs και GR μεχρι στιγμης λοιπον. Και ποσο φυσικα προκυπτουν τα βαρυτικα κύματα απο την γραμμικοποιηση των εξισωσεων της ΓΘΣ.
Ενδιαφέροντα πράγματα!
2 βασικές απορίες μου δημιουργήθηκαν:
1. Οι 3 αυτές φάσεις προβλέφθηκαν για ένα συκεκριμένο μοντέλο που προέκυψε από ένα συγκεκριμένο σήμα ή είναι φάσεις για ένα γενικό μοντέλο σύγκρουσης 2 μελανών οπών;
2. Από τη φάση 1 μέχρι την 3 τα πράγματα γίνονται τόσο γρήγορα ώστε να τις δει όλες το όργανο; (πόσο, μήνες);
(Άσχετο: ποια η γνώμη σου για την πανσπερμία κατα Chandra Wickramasinghe; Δεν είχα ιδέα, διάβασα λίγο αυτές τις μέρες και ψιλο-ενθουσιάστηκα από το ότι την βρήκα λιγότερο απίθανη από όσο περίμενα)
Οι 3 φάσεις που περιγράφω είναι λίγο πολύ γενικό χαρακτηριστικό της συγχώνευσης δύο συμπαγών αντικειμένων. Δηλαδή δεν περιορίζονται μόνο στις μαύρες τρύπες. Μπορείς να έχεις δύο μαύρες τρύπες, μια μαύρη τρύπα και έναν αστέρα νετρονίων ή δύο αστέρες νετρονίων. Φυσικά οι μαύρες τρύπες είναι η πιο “απλή” περίπτωση γιατί δεν έχεις ύλη να κάνει τα πράγματα πιο περίπλοκα, αλλά η γενική ιδέα είναι παρόμοια.
Για αρχή λοιπόν να απαντήσω στην δεύτερη ερώτηση, ότι η όλη ιστορία στην συγκεκριμένη περίπτωση είχε διάρκεια περίπου 0.15 δευτερόλεπτα, από την φάση των μερικών τροχιών πριν την συγχώνευση μέχρι την φάση όπου το ringdown έχει αποσβεστεί τόσο ώστε να μην φαίνεται πια.
Σε σχέση τώρα με το πόσο γενική είναι αυτή η εικόνα. Η όλη ιστορία ξεκινά με τα δύο αντικείμενα να είναι σχετικά μακρυά το ένα από το άλλο, αλλά και πάλι όχι πολύ μακριά ώστε τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται να έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να υπάρχει αποτέλεσμα. Καθώς λοιπόν τα δύο σώματα χάνουν ενέργεια η τροχιές τους πλησιάζουν σιγά σιγά. Η διαδικασία αυτή είναι πολύ αργή, αλλά επιταχύνεται καθώς τα σώματα πλησιάζουν όλο και περισσότερο. Αυτό το κομμάτι είναι λίγο πολύ ανεξάρτητο του τι είναι τα επιμέρους σώματα, τουλάχιστον μέχρι να φτάσουν στα τελευταία στάδια της διαδικασίας. Αυτό το κομμάτι είναι η πρώτη φάση που είπαμε. Όταν τα δύο σώματα έχουν πλησιάσει αρκετά, η βαρύτητα είναι τέτοια που δεν μπορούν πια να γυρνάνε το ένα γύρω από το άλλο και αναγκάζονται να πέσουν το ένα πάνω στο άλλο.
Τώρα, το πως και τι συμβαίνει εδώ εξαρτάται από το τι είναι τα δύο σώματα. Αν για παράδειγμα έχεις δύο μαύρες τρύπες, αυτό που συμβαίνει είναι ότι πολύ γρήγορα συγχωνεύονται οι ορίζοντες γεγονότων τους, όπως έγινε με το σήμα που είδαμε, όπου η φάση αυτή είναι πολύ σύντομη. Στο σήμα που βλέπουμε για παράδειγμα, έχουμε τις τελευταίες μερικές τροχιές των δυο μελανών οπών να διαρκούν περίπου από το 0.30 s μέχρι το 0.40 s, δηλαδή περίπου 0.1 δευτερόλεπτα (αυτό θα περιμέναμε και στην περίπτωση που δεν είχαμε δύο μαύρες τρύπες χονδρικά και οι χρόνοι αυτοί εξαρτώνται κυρίως από τις μάζες των σωμάτων) και μετά από το 0.40 μέχρι το 0.42-0.43 s έχουν συγχωνευτεί οι ορίζοντες και έχει σχηματιστεί η τελική μαύρη τρύπα. Αν το ένα αντικείμενο ήταν αστέρας νετρονίων, αυτή η φάση θα διαρκούσε λίγο παραπάνω και θα είχαμε και υλικό το οποίο θα διέφευγε από τη μαύρη τρύπα και μέρος του υλικού θα έφτιαχνε έναν δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα. Αν πάλι είχαμε δύο αστέρες νετρονίων, τότε η δεύτερη φάση της συγχώνευσης θα διαρκούσε ενδεχομένως ακόμα περισσότερο, με το υλικό να κάνει διάφορες ταλαντώσεις και τα βαρυτικά κύματα να έχουν ακόμα πιο περίπλοκη μορφή.
Τέλος, η τρίτη φάση και πάλι εξαρτάται από το τι έχουμε. Αν είμαστε στην πρώτη περίπτωση με τις δύο μαύρες τρύπες, το τελικό αντικείμενο θα είναι μια μαύρη τρύπα και αυτή θα ταλαντωθεί και θα ηρεμήσει στην χρονική κλίμακα που βλέπουμε, που είναι ακόμα 0.02 s περίπου. Αν είμαστε στη δεύτερη περίπτωση της μαύρης τρύπας με τον αστέρα νετρονίων, τότε και πάλι το τελικό αντικείμενο θα είναι μια μαύρη τρύπα που πάλι σχετικά γρήγορα θα ηρεμήσει περίπου όπως βλέπουμε και στο συγκεκριμένο σήμα. Τέλος αν αρχικά είχαμε δυο αστέρες νετρονίων, το τελικό αποτέλεσμα, ανάλογα με τις αρχικές μάζες και το πόση μάζα θα χάσει το σύστημα από τη σύγκρουση, τότε το τελικό αποτέλεσμα μπορεί να είναι ή μια μαύρη τρύπα, οπότε θα δούμε παρόμοια πράγματα ή θα είναι ένας γρήγορα περιστρεφόμενος αστέρας νετρονίων που και αυτός θα ταλαντώνεται και θα “κουδουνίζει” όπως μια καμπάνα, αλλά αυτή η διαδικασία ενδεχομένως θα έχει διαφορετικές χρονικές κλίμακες που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του αστέρα νετρονίων. Είναι πάντως αντίστοιχης διάρκειας.
(Δεν το έχω υπόψιν μου)
Ερώτηση: πως κατάφεραν και μετρησαν αποκλίσεις της τάξης του 10^-21;
Ένα ...ποντίκι να περπατούσε για λίγο πανω από τα τούνελ θα άλλαζε τις μετρήσεις.
Ευχαριστώ
Αυτό τώρα είναι ένα ιδιαίτερα τεχνικό θέμα που δεν είμαι σε θέση να δώσω πλήρη απάντηση. Έχει μπει πολύ φυσική στο πρόβλημα της αύξησης της ευαισθησίας του ανιχνευτή σε βαθμό που να μπορεί να ανιχνεύσει τόσο μικρές σχετικές μεταβολές. Και μιλάμε για σχετικές μεταβολές ΔL/L. Οπότε η προσπάθεια είναι να αυξήσεις όσο περισσότερο γίνεται το L για να είναι πιο εύκολο να μετρήσεις το ΔL. Ακόμα, η δέσμη κάνει πολλές διαδρομές μέσα στο συμβολόμετρο ώστε να αυξήσει ακόμα περισσότερο την ευαισθησία.
Σχετικά με τον θόρυβο πάντως, κάθε ανιχνευτής έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να αφαιρέσει κάθε πιθανή αιτία θορύβου. Οι καθρέφτες είναι τοποθετημένοι πάνω σε βάσεις που τον απομονώνουν από εξωτερικές ταλαντώσεις. Το σύστημα του καθρέφτη διατηρείται σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία για να ελαχιστοποιηθεί ο θερμικός θόρυβος. Το όλο συμβολόμετρο λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση έτσι ώστε ο αέρας να μην δημιουργεί παραμορφώσεις στο φως. Υπάρχουν εξωτερικοί αισθητήρες που μετράνε κινήσεις του εδάφους, περιβαλλοντικές συνθήκες, κοσμική ακτινοβολία, και γενικά κάθε πιθανή πηγή θορύβου έτσι ώστε να ξέρουν ανά πάσα στιγμή αν υπάρχει κάποιο άλλο αίτιο για ένα τυχών σήμα. Ακόμα, οι μετρήσεις δεν ξεκινάνε αν ο ανιχνευτής δεν τεθεί σε κατάσταση που να μπορεί να μετρήσει χωρίς θόρυβο, αν δεν είναι δηλαδή όσο ήσυχος πρέπει να είναι σύμφωνα με τις προδιαγραφές του. Και τέλος υπάρχουν δύο τέτοιοι ανιχνευτές σε απόσταση 3000 km ο ένας από τον άλλον και οποιοδήποτε σήμα εμφανίζεται και στους δύο με τη σωστή χρονική απόσταση θεωρείται πραγματικό.
Οπότε υπάρχουν πολλές δικλίδες ασφαλείας και πολύ τεχνολογία στην μέτρηση του σήματος.
"Οι καθρέφτες είναι τοποθετημένοι πάνω σε βάσεις που τον απομονώνουν από εξωτερικές ταλαντώσεις."
Στο θέμα αυτό έχει γραφτεί, κυρίως από τον ρωσικό τύπο, ότι η συμβολή ρώσων επιστημόνων ήταν καθοριστική. Ισχύει κάτι τέτοιο;
Σε ευχαριστώ πολύ για τον χρόνο σου.
Αυτό δεν το γνωρίζω.
Μια παρατήρηση από λογική βάση. Το σήμα χρησιμοποιείτε για να προβλέψει την συγχώνευση και τα βαρυτικά κύματα και ταυτόχρονα η συγχώνευση προβλέπει τα κύματα. Δεν υπάρχει κάποιος κυκλικός λογισμός εδώ;
Ευχαριστώ.
Δεν είμαι σίγουρος ότι καταλαβαίνω την ερώτηση. Η θεωρία προβλέπει ότι κάποια διαδικασία παράγει βαρυτικά κύματα. Εμείς μετράμε ένα βαρυτικό κύμα και από τις ιδιότητές του βγάζουμε συμπεράσματα για την πηγή.
Τι βρίσκεται κυκλικό;
Ναι, γιατί η υπόθεση εκ των προτέρων ότι το σήμα είναι από βαρυτικό κύμα. Μαύρες τρύπες δεν μπορείς να δεις έτσι και αλλιώς. Άρα το μόνο που ισχύει εδώ είναι η υπόθεση ότι το σήμα είναι απο βαρυτικό κύμα. Εσύ ξέρεις καμία υπόθεση που να αποδεικνύεται από την ίδια την υπόθεση; Μόνο άμα κάποιος υποστηρίξει ότι αυτό που μετρήθηκε μπορεί να είναι το αποτέλεσμα ενός βαρυτικού κύματος, το όλο επιχείρημα έχει λογική. Αλλά τότε μιλάμε για παραδοχή που δεν αποδεικνύεται.
" Εμείς μετράμε ένα βαρυτικό κύμα και από τις ιδιότητές του βγάζουμε συμπεράσματα για την πηγή.
Το αντικείμενο ήταν η απόδειξη των βαρυτικών κυμάτων και αυτό διαφημίζεται, όχι το συμπέρασμα για την πηγή. Το συμπέρασμα αυτό δεν αποδεικνύεται, από μοντέλο προκύπτει μόνο. Πως μπορείς να αποδείξεις βαρυτικά κύματα όταν παραδέχεσαι ότι κάποιο σήμα είναι βαρυτικό; Ποτέ στην ιστορία η παραδοχή δεν ήταν απόδειξη αλλά απαιτείται αναγωγή, πράγμα που δεν μπορεί να γίνει με μόνο ένα σήμα. Απαιτούνται αρκετά.
Εγώ δεν καταλαβαίνω γιατί εσύ δεν καταλαβαίνεις ότι αυτό που λέω είναι τόσο απλο.
Την προηγούμενη φορά πού έλεγαν τα ίδια, αποδείχτηκε ότι ήταν κοσμική σκόνη που δημιούργησε το σήμα.
Άρα ή ένσταση/ερώτηση είναι στο πως ξέρουμε τι είναι αυτό που μέτρησε ο ανιχνευτής;
(Όπως έχω εξηγήσει και αλλού δεν έχει καμία σχέση η "προηγούμενη φορά" με ανίχνευση βαρυτικού κύματος)
Προηγούμενο ποστ σχετικά με την σύγχυση γύρω από την "προηγούμενη φορά".
Ναι η ένσταση είναι ότι στα ΜΜΕ η συγχώνευση των black holes εμφανίζεται ως το γεγονός και το βαρυτικό κύμα ως το αποτέλεσμα. Η αλήθεια είναι ότι από το αποτέλεσμα γίνεται απαγωγή της υπόθεσης ύπαρξής των black holes(abduction) με την χρήση μοντέλου.
Εγώ δεν λέω ότι δεν υπάρχουν βαρυτικά κύματα. Αλλά το πείραμα αυτό μπορεί μόνο να υποστηρίξει την πιθανή ύπαρξή τους με πολλές αμφιβολίες μέχρι να επιβεβαιωθεί αρκετές φορές. Το να κάνουμε θόρυβο, να μιλάμε για Νόμπελ και να το παρουσιάζουμε ως γεγονός δεν συμβαδίζει με την επιστημονική μέθοδο.
Μια ερώτηση. Πόσα γεγονότα που μπορεί να παράγουν βαρυτικά σήματα του μεγέθους που μετρήθηκε συμβαίνουν τον χρόνο; Ρωτάω γιατί δεν ξέρω.
Ευχαριστώ και πάλι.
Δεύτερη. Ξέρουμε και έχουμε απομονώσει όλες τις πιθανές πηγές θορύβου;
Εδώ και περισσότερα από 10 χρόνια (από το 2002) ήταν σε εξέλιξη η προσπάθεια να βελτιωθεί η ευαισθησία του μηχανήματος και να απομονωθούν όλες οι πιθανές πηγές θορύβου. Το ίδιο το μηχάνημα είναι ευαίσθητο στην διέλευση βαρυτικών κυμάτων αλλά και σε κάποιους θορύβους του περιβάλλοντος. Μαζί με τον ανιχνευτή υπάρχουν και άλλα μηχανήματα που δεν είναι ευαίσθητα σε βαρυτικά σήματα αλλά είναι ευαίσθητα στους θορύβους του περιβάλλοντος.
Τα μηχανήματα αυτά δεν μέτρησαν τίποτα την ώρα που ο ανιχνευτής μέτραγε το σήμα. Επιπλέον, οι ανιχνευτές που το μέτρησαν ήταν 2 και σε απόσταση 3000 χιλιομέτρων και το μέτρησαν με χρονική διαφορά συνεπή με την χρονική καθυστέρηση που θα μπορούσε να έχει κάτι που κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Από την ανάλυση των δεδομένων για την κατάσταση λειτουργίας του ανιχνευτή και από το περιβάλλον προκύπτει ότι το σήμα δεν μπορεί να έχει προκληθεί από άλλη διαδικασία εκτός από κάποιο βαρυτικό κύμα.
Πέρα από αυτό, το σήμα έχει ακριβώς τα χαρακτηριστικά που θεωρητικά θα περιμέναμε να έχει ένα βαρυτικό κύμα από τη συγκεκριμένη αστροφυσική διαδικασία, οπότε η πιθανότητα να έχει προκληθεί από κάτι από το περιβάλλον που όμως δεν το μέτρησε κανένα άλλο όργανο ούτε στον έναν ανιχνευτή ούτε στον άλλον, συνέβη συγχρονισμένα ακριβώς όπως έπρεπε και στους δύο ανιχνευτές και ακολουθεί την συμπεριφορά που τα μοντέλα μας λένε ότι θα πρέπει να ακολουθεί ένα βαρυτικό κύμα από στην σύγκρουση δύο συμπαγών αντικειμένων, είναι μάλλον πολύ μικρή (συγκεκριμένα είναι 1 τέτοιο σήμα κάθε 203000 χρόνια).
Τώρα, σχετικά με την ερμηνεία του σήματος, το σήμα κρύβει κωδικοποιημένες μέσα του τις πληροφορίες από τον μηχανισμό που το δημιούργησε, όπως τα ραδιοκύματα που μπορεί να παρατηρούμε κρύβουν πληροφορίες για την πηγή τους ή το φως που μας έρχεται από μακρινά άστρα ή ακόμα και τα κύματα που μετράνε οι σεισμογράφοι από κάποια διαδικασία στο φλοιό της Γης. Μελετώντας λοιπόν το σήμα και με βάση τα όσα γνωρίζεις για τις πιθανές πηγές του σήματος, μπορείς να βγάλεις συμπεράσματα. Το συγκεκριμένο σήμα λοιπόν έμοιαζε ακριβώς με αυτό που περιμέναμε από την συγχώνευση δύο μελανών οπών. Θα μπορούσε να μην μοιάζει με τίποτα από όσα έχουμε υποθέσει ότι μπορεί να δημιουργούν βαρυτικά κύματα. Τότε θα λέγαμε ότι είναι από άγνωστη πηγή και θα είχε ακόμα περισσότερο ενδιαφέρον. Τώρα μοιάζει ακριβώς με κάτι που ξέρουμε, οπότε δεν υπάρχει λόγος να μην υποθέσουμε ότι είναι αυτό με το οποίο μοιάζει να ακριβώς να είναι.
Σχετικά με το πόσα τέτοια γεγονότα πρέπει να περιμένουμε, δεν έχω σαφή εικόνα. Πριν ο ανιχνευτής μετρήσει τα δύο πρώτα σήματα, το γνωστό στις 14 Σεπτέμβρη και άλλο ένα στις 12 Οκτώβρη από μια παρόμοια διαδικασία με λίγο μικρότερης μάζας μαύρες τρύπες (για το οποίο δεν έχει γίνει πολύ φασαρία γιατί ήταν πιο ασθενές), δεν είχαμε κανένα δεδομένο για αυτού του τύπου τα συστήματα οπότε δεν ξέραμε και τι συχνότητα γεγονότων να περιμένουμε. Τώρα οι πιθανότητες για τέτοια γεγονότα έχουν αυξηθεί κατά πολύ, αλλά δεν έχω τα νούμερα πρόχειρα.
Επειδή ο ανιχνευτής ακόμα αναβαθμίζεται, μέσα στα επόμενα δύο χρόνια περιμένουμε η ευαισθησία του να έχει αυξηθεί κατά έναν παράγοντα 10 (σε σχέση με πριν την αναβάθμιση) που σημαίνει 1000 φορές περισσότερα πιθανά γεγονότα σε σχέση με πριν.
Τέλος σχετικά με τις ιστορίες για τα Nobel. Κανείς σοβαρός άνθρωπος που δουλεύει πάνω σε αυτά τα πράγματα δεν ενδιαφέρεται για τα Nobel. Απλά όλος ο υπόλοιπος κόσμος έχει εμμονή.
Ευχαριστώ για την απάντηση.
"Επειδή ο ανιχνευτής ακόμα αναβαθμίζεται, μέσα στα επόμενα δύο χρόνια περιμένουμε η ευαισθησία του να έχει αυξηθεί κατά έναν παράγοντα 10 (σε σχέση με πριν την αναβάθμιση) που σημαίνει 1000 φορές περισσότερα πιθανά γεγονότα σε σχέση με πριν."
Αυτό όμως θα τον κάνει πιο ευαίσθητα σε μορφές θορύβου που ίσως δεν κατανοούμε. Προφανώς είμαι σκεπτικιστής γύρω από πειράματα που δεν ελέγχουμε το αίτιο αλλά απλώς το απαγάγουμε από μοντέλα.
Αυτό που περιορίζει την ευαισθησία είναι ο θόρυβος. Η αύξηση της ευαισθησίας έρχεται από την αφαίρεση θορύβου.
Η απομόνωση του θορύβου γίνεται με Machine Learning αλγόριθμους. Τουλάχιστον 3 από αυτούς εμπλέκονται στο signal decomposition.
Οι πιθανές μορφές του σήματος έχουν αναλυθεί εδώ και χρόνια, κυρίως απο φοιτητές του Kip Thorne για πολλές περιπτώσεις.
Υπάρχει βιβλίο που κυκλοφόρησε πρόσφατα με πολλά ανέκδοτα στοιχεία και λεπτομέρειες
Δημοσίευση σχολίου