Tutvuge gravitatsioonilisi laineid avastanud teadlaste meeskonnaga

See oli hetk, just hetk, mil tundus, et kõik võtavad pausist sõdadest ja poliitikast rääkimise ning vaatavad taeva poole. 11. veebruaril 2016 teatasid suuremad uudisteväljaanded, et inimkond tuvastas esimest korda Maast sügavaimast kosmosest mööduvaid gravitatsioonilaineid, mis on vaevavalt peen, kuid sügav nähtus, mille Albert Einstein ennustas esmakordselt 1916. aastal. Lained tulid kahest mustast august mis põrkas kokku 1, 3 miljardit aastat tagasi, oli kosmiline mõju, mis genereeris kümme korda rohkem energiat kui kõigi vaadeldava universumi tähtede valgusjõud kokku. Kuid selle loodud gravitatsioonilained tuhmusid ruumis ja ajas ringi liikudes pelgalt mõistuseks. Mitte ükski instrument polnud neid kunagi suutnud tuvastada - kuni siiani.

Sellest loost

Black Hole'i ​​bluesid ja muud laulud kosmosest

Osta

Seotud sisu

• Teadlased kuulevad, et põrkuvad kaks veelgi iidset musta auku

Ehkki saavutuse võimaldasid enam kui 1000 teadlast ja inseneri, kes töötasid aastakümneid, olid peamised liikumapanijad Kip Thorne, Ronald Drever ja Barry Barish, kõik Caltechis; ja Rainer Weiss MIT-st. Oma võimatult pisikese karjääri hõivamiseks kasutasid nad unikaalselt laia detektorit, 620 miljoni dollari väärtuses laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskust ehk LIGO, mille üks osa asub Louisianas ja teine ​​Washingtoni osariigis.

Thorne kammis projekti eest kogu 1980ndatel ja 1990ndatel kõrgetasemeliste loengute sarjana kogu maailmas. Lanky ja habemega, ta oli juba astrofüüsika legend - teoreetik, kelle visioon oli nii lai, et ta aitas hiljem luua Hollywoodi filme nagu Interstellar . Oma karjääri alustades arvasid paljud füüsikud, et vaatamata Einsteini ennustusele olid gravitatsioonilained ise ulme. Newtoni füüsika järsu katkemise korral oli Einsteini üldine relatiivsusteooria viidanud sellele, et gravitatsioon tekitas varem avastamata laineid, mis liikusid läbi ruumiaja sarnasel viisil nagu heli.

Nende lainete mõõtmine tundus aga peaaegu võimatu. Võrreldes teiste jõududega on gravitatsioon äärmiselt nõrk. Kahe elektroni vaheline elektromagnetiline jõud on 10 ⁴⁰ (rohkem kui triljon korda triljon korda triljonit korda) tugevam kui nende gravitatsiooniline külgetõmbejõud. Gravitatsioonilaine salvestamine nõuaks äärmiselt massiivseid objekte ja kujuteldamatult tundlikke instrumente.

Thorne sõnul uskus ta siiski, et gravitatsioonilained olid olemas juba selleks, kui ta 1962. aastal doktorikraadi alustas. 1970. aastate jooksul jõudis enamik teisi teadlasi temaga nõustuda, veendes teda õhukindlate matemaatiliste mudelite ja mõttekatsetega. Muusika oli seal väljas. Nad lihtsalt polnud seda veel kuulnud.

1990. aastate keskel ehitatud ja 2002. aastal esmakordselt aktiveeritud LIGO oli kavandatud olema ülitundlik nende pisikeste trikkide suhtes. Observatoorium koosnes kahest L-kujulistest detektorist, mis paiknesid 1865 miili kaugusel. Nende vaheline kaugus ja kahe koha kauge asukoht takistaks mõlemal instrumendil häireid samast maast värinast või mööduvast veokist. Iga detektor koosnes kahest 2, 5-miilisest harust, mille ristmikul oli laser, jaotatud kaheks talaks ja peegliteks mõlemas otsas. Kui gravitatsioonilaine läbis torusid, ennustasid teadlased, et see väändub ruumi-ajaga pisut - ühe prootoni läbimõõduga umbes kümme tuhandikku. Sellest väikestest moonutustest piisab, kui muuta torude pikkust ja panna laser detektoritel särama.

Toimetaja märkus, 28. veebruar 2017: selles artiklis viidati algselt kahe elektroni vahelisele elektromagnetilisele tõmbele, kuid "jõud" on parem sõna selle kirjeldamiseks.

Telli Smithsoniani ajakiri nüüd kõigest 12 dollariga

See artikkel on valik Smithsoniani ajakirja detsembrinumbrist

Osta

LIGO eksperimentide esimeses voorus enam kui kümme aastat tagasi ei õnnestunud signaali kätte saada. Kuid oma esialgse panuse kahekordse vähendamise korral veensid teadlased Riiklikku Teadusfondi kulutama veel 200 miljonit dollarit LIGO uuendamiseks ja 2015. aastaks oli töö tehtud. Uurimisrühma kuulus nüüd enam kui 1000 teadlast 90 asutuses üle maailma. Ootused olid üleolevad. Eelmise aasta augustis rääkis Weiss Janna Levinile - Columbia astrofüüsikule, kes kirjutas LIGO-st raamatu nimega Black Hole Blues ja muud kosmosest pärit laulud - kui me ei tuvasta mustaid auke, on see asi läbikukkunud.

Esmaspäeval, 14. septembril 2015 tuli kuskilt sügavast lõunataevast gravitatsioonilaine. See näppis instrumendi Louisianas enne kruiisi läbimist USA-s, et seitse millisekundit hiljem pintseldada instrument Washingtoni osariigis. Kell 5.51 lindistasid LIGO seadmed lõpuks selle pisikese säutsu.

Nagu Levin ütles, oli LIGO suureks saavutuseks see, et see lisas heliriba sellele, mis varem oli olnud vaikne film. Üheksakümmend viis protsenti universumist on tume, mis tähendab, et see jääb kaugemale meie kõige arenenumate teleskoopide ja radariseadmete mõõtmistest. See nõrk gravitatsioonilaine võimaldas teadlastel esmakordselt tuvastada mustade aukude paari - ja need olid oodatust palju suuremad. Üks oli 29-kordne mass ja teine ​​35-kordne Päikese mass.

Kui Thorne ja Weiss logisid esimest korda, nägid nad muret, et häkkerid on logidesse rikkunud andmed lisanud. (Drever ei suutnud oma vastust jagada: Ta oli aastate jooksul halvasti halvenenud ja viibis oma sünnimaal Šotimaal tagasi hooldekodus.) Läks nädalaid uurimisi, enne kui teadlased jõudsid kokkuleppele.

26. detsembril 2015 salvestas LIGO gravitatsioonilained teisest musta augu ühinemisest. Teadlased töötavad endiselt instrumentide häälestamisel, mis nende sõnul muutub kosmiliste kauguste kaugemal mõõtmisel paremaks.

Mustade aukude tuvastamine, ehkki tõeliselt silmapaistev, on alles algus. Järjest enam avastame, kui palju me ei tea. See on Thorne'i, Weissi ja nende kolleegide jaoks tõeline elevus. Mis siis, kui tume mateeria tõuseb gravitatsiooni viisil, mida keegi pole kunagi kaalunud? Kui me võtame gravitatsioonilaineid vahetult pärast suurt pauku, siis mida see meile universumi olemuse kohta õpetab? Tänu LIGO-le saame nüüd kuulda tähtede vahel helisevaid põnevaid kompositsioone, veel tundmatut muusikat sellest, mis seal veel

"Nad on andnud inimkonnale täiesti uue viisi universumi vaatamiseks." Stephen Hawking õnnitleb 2016. aasta Smithsoniani ajakirja American Ingenuity Awards algul teadlasi Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry Barish ja Ronald Drever - esimesi teadlasi, kes tuvastasid gravitatsioonilisi laineid. Sel aastal teatasid LIGO taga olevad geeniused, et on lõpuks leidnud selle, mida Albert Einstein sajand tagasi ennustas.