Undele gravitaționale explicate

0

La un secol după ce Albert Einstein a rescris înțelegerea noastră despre spațiu și timp, fizicienii au confirmat una dintre cele mai înșelătoare predicții ale teoriei sale a relativității generașizate. Într-oaltă galaxie, la aproximativ un miliard de ani lumină distanță, două găuri negre s-au ciocnit, zguduind matricea spațiu-timpului. Aici pe Pământ, două detectoare gigantice aflate în două părți opuse ale Statelor Unite au vibrat pe măsură ce unde gravitaționale treceau peste ele. După decenii de încercări de a detecta în mod direct aceste unde, recent renovatul Observator Laser Interferometer Gravitational-Wave, cunoscut acum sub numele de Advanced LIGO a reușit să deschidă o nouă eră în astronomie.

Ce sunt undele gravitaționale?

Coliziuni cosmice colosale și exploziile solare pot zgudui spațiu-timpul. Relativtatea generalizată prezice că valuri în structura spațiu-timpului radiază energie în cazul unor asmenea catastrofe. Valurile sunt subtile; atunci când ajung la Pământ, unele dintre ele comprimă spațiu-timpul cu doar unu pe zece mii din lățimea unui proton.

Cum sunt acestea detectate?

Pentru a prinde un semnal, LIGO folosește o oglindă specială pentru a împărți o rază de lumină laser și trimite razele de-a lungul a două brațe lungi de 4 km, aflate într-un unghi de 90 de grade unul față de celălalt. După ce ricoșează înainte și înapoi de 400 de ori, conducând lumina într-o călătorie de 1.600 km dus-întors, lumina se recombină în apropierea sursei acesteia.

ligo_background-large-white

Experimentul este gândit în așa fel încât, în condiții normale, undele luminoase se anuleaza una pe celalaltă atunci când se recombină, nemaitrimițând niciun semnal luminos către detectorul din apropiere.

gwaves_normal

 

 

 

Însă o undă garvitațională întinde un tub în timp ce îl micșorează pe celălalt, schimbând distanța pe care o parcurg cele două unde luminoase. Din cauza acestei diferențe, recombinarea undelor nu este perfect aliniată și undele nu se anulează. Detectorul prinde o luminiscență slabă, semnalând trecerea unei unde.

gwaves_gravitational

 

 

 

LIGO are un detector în Lousiana și altul la Washington pentru a fi siguri că nu este vorba despre un fenomen local și pentru a putea localiza sursa semnalului.

Care sunt alte surse de unde gravitaționale?

Studiind simulările computerizate ale fenomenelor astronomice, oamenii de știință pot identifca la ce tip de semnale se pot aștepta din parte diverselor surse de unde gravitaționale.

Stele neutronice care se rotesc

plusarO singură stea neutronică, miezul care rămas după explozia unei stele, poate biciui spațiu-tmpul la frecvențe similare cu cele produse de găurile negre ce se ciocnesc.

 

 

Supernove

supernovaExplozii puternice cunoscute sub numele de supernove, au loc atunci când o stea masivă moare, pot zgudui spațiul și pot umple spațiul cu o erupție de unde gravitaționale de frecvență înaltă.

 

 

Găuri negre super-masive în pereche

binary_blackholesPerechi de găuri negre gargantuane, de mai bine de un milion de ori mai masive decât Soarele și mai mari decât cele detectate de LIGO, radiază unde lungi, ondulatorii. Cu toate că ADvanced LIGO nu poate detecta unde la această frecvență, cercetătorii cred că ar putea să le identifice urmărind variațiile subtile ale ”bătăilor” pulsarilor.

Big Bangul

bigbangBig Bangul se poate să fi declanșat unde gravitaționale cât universul de mari acum 13.8 miliarde de ani. Aceste unde ar fi putut lăsa o amprentă asupra primii lumini emise in cosmos cu 380.000 de ani mai târziu și se poate să fie identificate astăzi în fundalul cosmic de microunde existent.

 

Cum mai putem găsi unde gravitaționale?

LIGO nu este singurul instrument cu care se ”vânează” undele gravitaționale. Iată alte câteva proiecte în curs și viitoare pentru același scop.

Interferometre situate la sol

Există în Europa alte câteva detectoare similare cu IGO. Detectorul Virgo, lângă Pisa, în Italia este în proces de upgrade și își va ocupa locul lângî LIGO mai târziu în cursul acestui an. GEO600, lângă Hanovra, Germania, a fost singurul interferometru ce a funcționat cât timp LIGO și Virgo au fost înnoite. Un al treilea LIGO este preconizat să fie finalizat în India până la finele anului 2019.

Interferometre în spațiu   

În spațiul cosmic nu te poate auzi nimeni dacă strigi. În același timp nici nu trebuie să te confrunți cu fenomenele inerente ale Pământului, precum seismele. Cercetătorii au tot curtat Agenția Spațială Europeană pentru așeza pe cer un detector asemănător cu LIGO –  – unde în jurul anului 2030. În anticiparea eLISA, ASE a lansat recent LISA Pathfinder, o misune prin care se testează tehnologiile necesare unui detector spațial de unde gravitaționale în advevăratul sens al cuvântului.

Distribuția timpilor pulsarilor

Pentru a detecta ”zumzăitul” de frecvență relativ joasă a găurilor super-masive ce se ciocnesc, cercetătorii își îndreaptă atenția către pulsari. Aceste stele neutronice care se rotesc extrem de rapid (miezurile ce au rămas în urma exploziei unei stele masive) trimit în spațiu pulsuri constante de unde radio. Atunci când undele gravitaționale comprimă și dilată spațiul dintre Pământ și pulsar, pulsurile par să devină mai rapide și apoi să se încetinească. Trei proiecte –  în Australia,  în America de Nord și  în Europa – monitorizează zeci de pulsari pentru a observa schimbarea tempului ce poate semnala nu numai o singură coliziune ci o cacofonie de coliziuni de găuri negre supermasive în întregul univers.

Polarizarea fundalului de microunde cosmice

Undele gravitaționale emise la începutul Big Bangului ar fi putut să lase amprenta fundalului de microunde cosmice, sau FMC. Această radiație umple universul și este o relicvă din momentul în care lumina a călătorit pentru prima dată liberă prin cosmos, la aproximativ 380.000 de ani după nașterea sa. FMC a păstrat felul în care spațiul s-a contractat și s-a dilatat în urma unei expansiuni fenomenale la o trilionime de trilionime de trilionime de secundă după Big Bang. Multe telescoape caută semnătura aceasta uitându-se la modele specifice a modului în care undele FMC se aliniază una cu celalaltă. Nu este ușor totuși; proiectul BICEP2 a identificat greșit praf din Calea Lactee drept o carieră cosmică.

Ce putem învăța de la undele gravitaționale?

Succesul lui LIGO este similar momentului în care Galileo Galilei și-a îndreptat telescopul către cer. Până în acel moment știam prea puține despre planete și stele. Nu realizam că există și alte galaxii și nu aveam niciun concept al imensității universului. Undele gravitaționale sunt un mod nou de a vedea cosmosul. Ele sunt o confimare extraordinară a relativității generalizate, fiind un indicator al exploziilor uriașe și a coliziunilor cataclismice din univers. Însă, la fel ca în cazul telescopului lui Galilei, multe dintre lucrurile depsre care am putea învăța de la undele gravitaționale sunt probabil încă inimaginabile.

 sursa: 

Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
Cinci moduri de a-ți extinde conștiința

Cu toții am avut momente de claritate, în care am putut vedea cu ușurință prin situații sau prin oamenii din...

Închide