Oma üldise relatiivsusteooria osana ennustas Einstein, et mass peaks kiirgama gravitatsioonilaineid. See peaks suutma tuvastada kõige võimsamad gravitatsioonilained, kui nad Maa läbi lähevad. Ja 2015. aastal käivitamiseks kavandatud kosmosepõhine vaatluskeskus, mille nimi on LISA, peaks olema endiselt tugevam.
Teadlased on lähedal, et näha gravitatsioonilisi laineid. Kujutise krediit: NASA
Gravitatsioon on tuttav jõud. See on põhjus kõrguste kartmiseks. See hoiab Kuu Maa poole, Maa päikese poole. See hoiab õlle meie klaasidest välja ujumas.
Aga kuidas? Kas Maa saadab kuule salajasi sõnumeid?
Noh, jah - omamoodi.
Eanna Flanagan, Cornelli füüsika ja astronoomia dotsent, on oma elu pühendanud gravitatsiooni mõistmisele alates sellest, kui ta oli tudeng oma sünnimaal Iirimaal Dublini ülikooli kolledžis. Nüüd, peaaegu kaks aastakümmet pärast seda, kui ta lahkus Iirimaalt doktorikraadi õppima kuulsa relativist Kip Thorne'i juurest California tehnoloogiainstituudist, keskendub tema töö gravitatsiooniliste lainete suuruse ja kuju ennustamisele - Einsteini 1916. aasta üldrelatiivsusteooria ennustatavale nähtamatule nähtusele. kuid mida pole kunagi otseselt tuvastatud.
1974. aastal mõõtsid Princetoni ülikooli astronoomid Russell Hulse ja Joseph H. Taylor Jr kaudselt gravitatsioonilainete mõju neutronitähtede orbiidil tiirlemisele - avastus teenis neile 1993. aasta füüsika Nobeli preemia. Tänu Flanagani ja tema kolleegide hiljutisele tööle on teadlased nüüd esimesi gravitatsioonilaineid otse nähes äärel.
Heli ei saa vaakumis eksisteerida. Oma sõnumi edastamiseks on vaja keskkonda, näiteks õhku või vett. Samamoodi ei saa gravitatsioon eksisteerida tühises olukorras. Ka tema vajab oma sõnumi edastamiseks keskkonda. Einstein teoreeris, et see meedium on ruum ja aeg ehk “kosmoseaegne kangas”.
Rõhu muutused - trummi viskamine, vibreeriv häälepael - tekitavad helilaineid, õhus kobisevad. Einsteini teooria kohaselt põhjustavad massimuutused - kahe tähe kokkupõrge, tolmu mahtumine raamaturiiulile - gravitatsioonilained, kosmose ajal lainetamine.
Kuna enamikul igapäevastel objektidel on mass, peaksid gravitatsioonilained olema meie ümber. Miks me siis ei leia?
"Tugevaimad gravitatsioonilained põhjustavad Maal mõõdetavaid häireid, mis on aatomituumast 1000 korda väiksemad," selgitas Flanagan. "Nende tuvastamine on tohutu tehniline väljakutse."
Vastus sellele väljakutsele on LIGO, Laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus, kolossaalne eksperiment, milles osaleb enam kui 300 teadlast.
LIGO koosneb kahest installatsioonist, mis asuvad teineteisest peaaegu 2000 miili kaugusel - üks Hanfordis Washis ja teine Livingstonis Laos. Iga rajatis on hiiglasliku L kujuga, kahe 2,5 miili pikkuse 4-suu läbimõõduga haruga. betoonist ümbritsetud vaakumtorud. Ülimalt stabiilsed laserkiired läbivad torusid, põrkudes peeglite vahel kummagi õla otsas. Teadlased eeldavad, et mööduv gravitatsioonilaine sirutab ühte kätt ja pigistab teist, põhjustades kahe laseri liikumist pisut erinevatel vahemaadel.
Seejärel saab erinevust mõõta laserite segamisega, kui käed ristuvad. See on võrreldav kahe autoga, mis ületavad ristteel risti. Kui nad sõidavad sama kiiruse ja vahemaaga, satuvad nad alati alla. Kuid kui vahemaad on erinevad, võivad nad vahele jääda. Flanagan ja tema kolleegid loodavad igatsusele.
Pealegi annab täpselt see, kui palju lasereid tabab või mis mööda laseb, gravitatsioonilaine omaduste ja päritolu kohta. Flanagani roll on neid omadusi ennustada, et tema kolleegid LIGO-st teaksid, mida otsida.
Tehnoloogiliste piirangute tõttu on LIGO võimeline tundma ainult teatud sageduste gravitatsioonilisi laineid võimsatest allikatest, sealhulgas Supernoova plahvatused Linnuteel ja neutrontähtede kiiret pöörlemist või samaaegset tiirlemist Linnutee või kaugetes galaktikates.
Võimalike allikate laiendamiseks kavandavad NASA ja Euroopa Kosmoseagentuur juba LIGO järeltulijat, laserinterferomeetri kosmoseantenni LISA. LISA on põhimõtteliselt sarnane LIGO-ga, välja arvatud juhul, kui laserid põrkavad kolme satelliidi vahel 3 miljoni miili kaugusel, jälitades Maa ümber tiirleva päikese ümber. Selle tulemusel suudab LISA tuvastada laineid madalamatel sagedustel kui LIGO, näiteks need, mis tekivad neutronitähe ja musta augu kokkupõrkel või kahe musta augu kokkupõrkel. LISA on plaanis turule tuua 2015. aastal.
Flanagan ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi kaastöötajad dešifreerisid hiljuti gravitatsioonilise laine signatuuri, mis tekib siis, kui supermassiivne must auk neelab päikesesuuruse neutronitähe. See on allkiri, mida on oluline, et LISA ära tunneks.
"Kui LISA lendab, peaksime neid asju nägema sadu," märkis Flanagan. „Saame mõõta, kuidas ruum ja aeg on väändunud ja kuidas peaks ruumi ümber keerutama must auk. Me näeme elektromagnetilist kiirgust ja arvame, et see on ilmselt must auk - aga see on umbes nii palju kui meil. On väga põnev lõpuks näha, et relatiivsus tegelikult toimib. ”
Kuid ta hoiatas: “See ei pruugi töötada. Astronoomid täheldavad, et universumi laienemine kiireneb. Üks seletus on, et üldist relatiivsust tuleb modifitseerida: Einsteinil oli enamasti õigus, kuid mõnes režiimis võisid asjad toimida teisiti. ”
Thomas Oberst on Cornelli uudisteteenistuse teaduskirjanik.
Algne allikas: Cornelli ülikool
