Etter å ha slått på i september 2015, oppdaget dobbeltobservatoriet LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories i Hanford, Washington og Livingston, Louisiana - samtidig sammenslåingen av to sorte hull i den første arbeidsøkten, selv om deres følsomhet var satt til 30% av mulig. Sammenslåingen av to sorte hull 36 og 29 solmasser, oppdaget 14. september 2015, og andre sorte hull ved 14 og 8 solmasser, oppdaget 26. desember 2015, ga den første klare og direkte bekreftelsen på eksistensen av gravitasjonsbølger. Det tok et århundre å gjøre dette. Endelig var teknologien i stand til å teste teorien og bekrefte den.
Men oppdagelsen av disse bølgene er bare begynnelsen: en ny tid brygger i astronomi. For 101 år siden la Einstein frem en ny teori om tyngdekraften: generell relativitet. Sammen med det kom erkjennelsen: fjerne masser tiltrekker seg ikke like raskt i hele universet, denne tilstedeværelsen av materie og energi deformerer stoffets rom-tid. Dette helt nye tyngdekraften førte med seg en hel rekke uventede konsekvenser, inkludert gravitasjonslinser, et ekspanderende univers, gravitasjonstidsutvidelse, og - som vi nå vet med sikkerhet - eksistensen av en ny type stråling: gravitasjonsbølger. Når masser beveger seg eller akselererer relativt til hverandre gjennom rommet, skaper reaksjonen i selve rommet krusninger. Denne krusningen beveger seg gjennom rommet med lysets hastighet, og som et resultat faller det inn i detektorene våre,informerer oss om fjerne hendelser gjennom gravitasjonsbølger.
Det er enklest å oppdage objekter som sender ut sterke signaler, nemlig:
- store masser, - ligger i en liten avstand mellom seg, - raskt roterende, Salgsfremmende video:
- med betydelig skiftende baner.
De beste kandidatene kollerer åpenbart, kollapser gjenstander som sorte hull og nøytronstjerner. Vi må også huske på hvor ofte vi kan oppdage disse gjenstandene, som vil være omtrent lik lengden på detektorens bane (armlengde ganger antall refleksjoner) delt på lysets hastighet.
LIGO, med sine 4 kilometer lange armer med tusenvis av lysrefleksjoner, kan se objekter på frekvenser i millisekundområdet. Dette inkluderer sammenslåing av sorte hull og nøytronstjerner i det siste fasen av sammenslåing, samt eksotiske hendelser som sorte hull eller nøytronstjerner som konsumerer en stor del av stoff og gurgle, og blir mer sfærisk. En sterkt asymmetrisk supernova kan også skape en gravitasjonsbølge; Det er lite sannsynlig at kjernekollaps rammer gravitasjonsbølgedetektorer, noe som kan slå sammen hvite dvergstjerner i nærheten.
Vi har allerede sett sammenslåing av sorte hull med sorte hull, og etter hvert som LIGO forbedrer seg, er det rimelig å anta at vi i løpet av de neste årene vil ha den første generasjonen av estimater av sorte hull med stjernemasser (fra noen til hundre solmasser). LIGO må også finne sammenslåinger av nøytronstjerner med nøytronstjerner; når observatoriene når den planlagte følsomheten, vil de kunne observere tre til fire hendelser per måned, hvis våre estimater for hyppigheten av sammenslåing og LIGO-følsomheten er riktige.
Asymmetriske supernovaer og boble av eksotiske nøytronhull vil være ekstremt interessante å oppdage (hvis mulig fordi de antas å være sjeldne hendelser). Men de største gjennombruddene er å forvente med flere detektorer. Når VIRGO-detektoren i Italia begynner å virke, vil reell posisjonering være mulig på grunn av triangulering: vi vil være i stand til å bestemme nøyaktig hvor disse hendelsene er født i verdensrommet, og deretter utføre optiske målinger. VIRGO vil bli etterfulgt av gravitasjonsbølgen interferometre i Japan og India. Om noen år vil vår visjon om tyngdekraftshimmelen nå et nytt nivå.
Men våre største suksesser vil begynne når vi bringer ambisjonene våre om tyngdekraften ut i verdensrommet. I verdensrommet er du ikke begrenset til seismisk støy, truckulykker eller platetektonikk; bare et stille romvakuum i bakgrunnen. Du er ikke begrenset av jordens krumning, observasjonsarmenes mulige lengde; det er mulig å starte observatoriet lenger fra Jorden eller til og med i bane rundt sola. Vi kunne måle objekter ikke i millisekunder, men i sekunder, dager, uker eller lenger. Vi kunne oppdage gravitasjonsbølger fra supermassive sorte hull, inkludert de største kjente objektene i universet.
Til slutt, hvis vi bygger et romobservatorium stort nok og følsomt nok, kunne vi se gravitasjonsbølgene som var igjen fra selve Big Bang. Vi kunne direkte oppdage gravitasjonsforstyrrelsene til kosmisk inflasjon og ikke bare bekrefte vår kosmiske opprinnelse, men også bevise at tyngdekraften i seg selv er en kvantekraft i naturen. Tross alt kunne ikke disse inflasjonsgravitasjonsbølgene ha vist seg hvis tyngdekraften ikke var et kvantefelt.
Det pågår for tiden debatt om hvilket NASA-oppdrag som skal prioriteres i 2030-årene. Mens mange gode oppdrag tilbys, er det verdt å merke seg bygging av et rombasert observasjonsobjekt for gravitasjonsbølger i bane rundt solen. Vi har teknologien, vi har bevist dens brukbarhet, vi har bekreftet eksistensen av bølger. Fremtiden for gravitasjonsbølgeastronomi er bare begrenset av hva universet selv kan gi oss og hvor mye vi vil bruke på det. Storhetstiden til en ny epoke har allerede begynt. Spørsmålet gjenstår hvor lyst dette nye astronomifeltet vil skinne.
ILYA KHEL
