Kara delikler veya nötron yıldızları gibi iki büyük nesne birleştiğinde, uzay ve zamanı bükerler.
Bilim adamları, yükseltilmiş Lazer İnterferometrik Yerçekimsel- Üç yıllık bir aradan sonra Dalga Gözlemevi (LIGO), yerçekimi dalgalarını ölçme yeteneğini geliştiriyor. Bu dalgalar, çoklu haberci astronomisi için yeni fırsatlar sunuyor ve astrofiziksel fenomen anlayışımızı derinleştiriyor. Yükseltilmiş LIGO, Mayıs 2023’te dördüncü gözlem çalışmasına başladı ve kara delikler ve nötron yıldızları gibi devasa nesnelerin birleşmesiyle oluşan yerçekimi dalgalarının gerçek zamanlı tespitine ve yerini belirlemeye odaklandı.
Sonra Üç yıllık bir aradan sonra, ABD’deki bilim adamları yerçekimi dalgalarını (evrende dolaşan uzayın kendisindeki küçük dalgacıklar) ölçebilen dedektörleri yeni açtılar.
Işık dalgalarının aksine, yerçekimi dalgaları neredeyse engellenmez. evreni dolduran galaksiler, yıldızlar, gaz ve toz tarafından. Bu, benim gibi astrofizikçilerin yerçekimi dalgalarını ölçerek evrendeki bu en muhteşem fenomenlerden bazılarının kalbine doğrudan göz atabileceği anlamına gelir.
2020’den beri, Lazer İnterferometrik Yerçekimi Dalgası Gözlemevi – yaygın olarak LIGO olarak bilinir – bazı heyecan verici yükseltmelerden geçerken uykuda bekliyordu. Bu iyileştirmeler, LIGO’nun hassasiyetini önemli ölçüde artıracak ve tesisin, uzay-zamanda daha küçük dalgalanmalar oluşturan daha uzaktaki nesneleri gözlemlemesine olanak tanımalıdır.
Daha fazla olay saptayarak yerçekimi dalgaları yaratırsa, astronomların aynı olaylar tarafından üretilen ışığı da gözlemlemeleri için daha fazla fırsat olacaktır. Bir olayı birden çok bilgi kanalı aracılığıyla görmek, çoklu haberci astronomisi adı verilen bir yaklaşım, astronomlara fizik dünyasının ötesindeki fizik hakkında bilgi edinmeleri için nadir ve imrenilen fırsatlar sağlar. herhangi bir laboratuvar testi.
Einstein’ın genel görelilik kuramına göre, devasa nesneler çevrelerindeki uzayı bükerler.
Uzay-zamandaki dalgalanmalar
Göre Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, kütle ve enerji uzay ve zamanın şeklini çarpıtır. Uzay-zamanın bükülmesi, nesnelerin birbirine göre nasıl hareket ettiğini, yani insanların yerçekimi olarak deneyimlediklerini belirler.
Yerçekimi dalgaları, kara delikler veya nötron yıldızları gibi büyük nesneler birbiriyle birleşerek uzayda ani, büyük değişiklikler ürettiğinde oluşur. uzay. Uzayın eğilme ve esneme süreci, durgun bir göletteki dalga gibi evrene dalgalar gönderir. Bu dalgalar, bir bozulmadan her yöne doğru hareket eder, bunu yaparken uzayı çok az büker ve yollarına çıkan nesneler arasındaki mesafeyi çok az değiştirir.
İki büyük nesne olduğunda – bir kara delik veya bir nötron yıldızı gibi – birbirlerine yaklaşırlar, hızla birbirlerinin etrafında dönerler ve yerçekimi dalgaları üretirler. Bu NASA görselleştirmesindeki ses, yerçekimi dalgalarının frekansını temsil eder.
Yerçekimi dalgaları üreten astronomik olaylar evrendeki en büyük nesnelerden bazılarını içerse de, uzayın esnemesi ve büzülmesi son derece küçüktür. Samanyolu’ndan geçen güçlü bir yerçekimi dalgası tüm galaksinin çapını yalnızca üç fit (bir metre) değiştirebilir.
İlk yerçekimi dalgası gözlemleri
İlk olarak 1916’da Einstein tarafından tahmin edilmiş olsa da , o dönemin bilim adamlarının yerçekimi dalgaları teorisi tarafından öne sürülen mesafedeki küçük değişiklikleri ölçme konusunda pek umutları yoktu.
2000 yılı civarında, Caltech, Massachusetts Institute of Technology ve dünyanın dört bir yanındaki diğer üniversitelerdeki bilim adamları LIGO gözlemevi olan, esasen şimdiye kadar yapılmış en hassas cetveli inşa etmeyi bitirdi.
Washington, Hanford’daki LIGO dedektörü, lazerleri kullanarak çok küçük esnemeyi ölçer. yerçekimi dalgasının neden olduğu boşluk.Her bir gözlemevi, tesisin merkezinden birbirine 90 derecelik açıyla uzanan 2,5 mil uzunluğunda (dört kilometre uzunluğunda) iki kola sahip dev bir L şeklindedir.
Yerçekimi dalgalarını ölçmek için, Araştırmacılar, tesisin merkezinden L’nin tabanına bir lazer tutuyorlar. Orada lazer, her bir koldan bir ışın geçecek, bir aynadan yansıyacak ve tabana geri dönecek şekilde bölünüyor. Lazer parlarken kollardan yerçekimi dalgası geçerse, iki ışın çok az farklı zamanlarda merkeze geri döner. Fizikçiler bu farkı ölçerek tesisten bir yerçekimi dalgasının geçtiğini ayırt edebilirler.
LIGO, 2000’lerin başında çalışmaya başladı, ancak yerçekimi dalgalarını algılayacak kadar hassas değildi. Bu nedenle, 2010 yılında LIGO ekibi, hassasiyeti artırmak için yükseltmeler yapmak üzere tesisi geçici olarak kapattı. LIGO’nun yükseltilmiş sürümü, 2015 yılında veri toplamaya başladı ve iki kara deliğin birleşmesinden üretilen yerçekimi dalgalarını neredeyse anında tespit etti.
LIGO, 2015’ten bu yana { 8}üç gözlem çalışması. İlk O1 koşusu yaklaşık dört ay sürdü; ikincisi, O2, yaklaşık dokuz ay; ve üçüncüsü, O3, COVID-19 salgını tesisleri kapanmaya zorlamadan önce 11 ay sürdü. LIGO, O2 çalışmasından başlayarak, Virgo adlı bir İtalyan gözlemevi ile ortaklaşa gözlem yapıyor.
Her çalıştırma arasında, bilim adamları dedektörlerin fiziksel bileşenlerini ve veri analizi yöntemlerini geliştirdi. Mart 2020’deki O3 çalışmasının sonunda, LIGO ve Virgo iş birliğindeki araştırmacılar, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının birleşmesinden kaynaklanan yaklaşık 90 yerçekimi dalgası tespit ettiler.
Gözlemevlerinde hâlâ { 11}maksimum tasarım hassasiyetine henüz ulaşmadı. Bu nedenle, 2020’de her iki gözlemevi de yükseltmeler için yine kapatıldı.
Mekanik ekipman ve veri işleme algoritmalarında yapılan yükseltmeler, LIGO’nun şundan daha sönük yerçekimi dalgalarını algılamasına olanak tanımalıdır. geçmişte. Kredi: LIGO/Caltech/MIT/Jeff Kissel
Bazı yükseltmeler yapılıyor
Bilim adamları birçok teknolojik iyileştirme üzerinde çalışıyorlar.
Bir sıkma adı verilen bir tekniği iyileştirmek için 300 metrelik (300 metrelik) bir optik boşluk eklemeyi içeren özellikle ümit verici yükseltme. Sıkıştırma, bilim adamlarının ışığın kuantum özelliklerini kullanarak dedektör gürültüsünü azaltmasına olanak tanır. Bu yükseltmeyle, LIGO ekibi eskisinden çok daha zayıf yerçekimi dalgalarını tespit edebilecek.
Ekip arkadaşlarım ve ben LIGO iş birliğinde veri bilimciyiz ve bir süredir bir LIGO verilerini işlemek için kullanılan yazılımda ve bu verilerdeki yerçekimi dalgalarının işaretlerini tanıyan algoritmalarda yapılan farklı yükseltme sayısı. Bu algoritmalar, olası kara delik ve nötron yıldızı birleşme olaylarının milyonlarca teorik modeliyle eşleşen kalıpları arayarak çalışır. İyileştirilmiş algoritma, verilerdeki arka plan gürültüsünden yerçekimi dalgalarının zayıf işaretlerini, algoritmaların önceki sürümlerine göre daha kolay bir şekilde seçebilmelidir.
Gökbilimciler, her iki yerçekimi dalgasını da yakaladılar. ve tek bir olay tarafından üretilen ışık, iki nötron yıldızının birleşmesi. Işıktaki değişiklik, sağ üst ekte birkaç gün boyunca görülebilir. Kredi: NASA ve ESA
Astronomide yüksek tanımlı bir çağ
2023 Mayısının başlarında LIGO, her şeyin çalıştığından emin olmak için mühendislik çalışması adı verilen kısa bir test çalıştırması başlattı .Ekip bir yerçekimi dalgası olayını tanımlayabilir, dalgaların nereden geldiğini anlayabilir ve diğer gökbilimcileri bu keşifler konusunda hızlı bir şekilde uyarabilirse, gökbilimcilerin kaynağında görünür ışık, radyo dalgaları veya diğer veri türlerini toplayan diğer teleskopları işaret etmesine olanak tanır. yerçekimi dalgası. Tek bir olay (çoklu haberci astrofiziği) hakkında birden fazla bilgi kanalı toplamak, siyah beyaz sessiz bir filme renk ve ses eklemek gibidir ve astrofiziksel fenomenlerin çok daha derinden anlaşılmasını sağlayabilir.
Gökbilimciler bugüne kadar hem yerçekimi dalgalarında hem de görünür ışıkta yalnızca tek bir olay gözlemlediler: 2017’de görülen iki nötron yıldızının birleşmesi. Ancak bu tek olaydan fizikçiler, evrenin genişlemesini inceleyebildiler ve evrenin gama ışını patlamaları olarak bilinen en enerjik olaylarından bazılarının kökenini doğrulayabildiler.
Run O4 ile gökbilimciler tarihteki en hassas yerçekimi dalgası gözlemevlerine erişebilecek ve umarız her zamankinden daha fazla veri toplayacaklardır. Meslektaşlarım ve ben, önümüzdeki ayların modern astrofiziğin sınırlarını zorlayacak bir veya belki de birçok çok habercili gözlemle sonuçlanacağını umuyoruz.
Penn State Fizik Profesörü Chad Hanna tarafından yazıldı.
İlk olarak The Conversation‘da yayınlanan bir makaleden uyarlanmıştır.
.