Автор Тема: Зарегистрированы гравитационные волны: теперь официально  (Прочитано 645 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн sam gorelik

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2 233
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
  • samgor
    • Просмотр профиля
 Впервые зарегистрированы гравитационные волны: теперь официально 
 Физика*, Научно-популярное*, Астрономия
 Сегодня на специальной пресс-коференции ученые международной коллаборации LVC (LIGO) объявили о первом прямом детектировании гравитационных волн от слияния двух черных дыр с достоверностью 5.1σ.
 
 UPD Запись пресс-конференции — историческое видео теперь. Кстати, отлично объясняю, что к чему. Еще добавил в конец статьи больше ссылок на материалы.
 
 
 Image Credit: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel (see www.black-holes.org/lensing)
 
 14 сентября 2015 год в 09:50:45 UTC два детектора LIGO (расположенные в США) одновременно наблюдали гравитационно-волновой сигнал GW150914. Сигнал с возрастающей частотой от 35 Гц до 250 Гц и амплитудой деформации метрики в 1x10-21. Сигнал соответствует предсказаниям Общей Теории Относительности (ОТО) для слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечной.
 
 Что еще интереснее, это открытие впервые позволяет с уверенностью сказать о существовании систем черных дыр, и характеризовать динамику системы черных дыр с позиций ОТО.
 
 Результаты исследования опубликованы сегодня в Physical Review Letters.
 
 
 Как детектировали
 С момента предсказания существования гравитационных волн Эйнштейном в 1916 году было предпринято множество попыток их наблюдения. С середины семидесятых велись работы над твердотельными детекторами (Вебер) – предполагалось, что массивные куски металла будут резонировать с гравитационными волнами, и изменение длины этих масс можно зарегистрировать достаточно чувствительными приборами. Однако это направление оказалось не перспективным – слишком большие шумы не позволяли достичь необходимой чувствительности. С 70х годов начали развиваться интерферометрические детекторы.
 
 
 
 Гравитационная волна меняет расстояние между подвижными конечными зеркалами интерферометра, вследствие чего наблюдается изменение интерференционной картины на выходе детектора. Для увеличения чувствительности такого детектора к расстоянию между зеркалами плечи интерферометра достигают длины 4 км, оптическая мощность на зеркалах – 100 кВт, а сами зеркала массой в 40 кг закреплены на высокодобротных (Q~107) подвесах и снабжены дополнительной системой изоляции от сейсмических шумов.
 
 
 
 В США расположено два одинаковых детектора на значительном расстоянии друг от друга, что позволяет производить независимое наблюдение, а затем коррелировать результаты для исключения локальных шумов и ложных сигналов. Кроме того, наличие двух (и более) детекторов помогает триангулировать сигнал для определения положения на небе.
 
 Оба детектора в начале сентября 2015 года закончили многолетнюю процедуру обновления и находились в полностью рабочем состоянии на момент детектирования.
 
 Что детектировали
 
 
 
 Сигнал, зарегистрированный детекторами совпадает с предсказаниями ОТО для слияния двух черных дыр. На протяжении 0.2 секунды две вращающиеся вокруг друг друга черные дыры сблизились из-за потери энергии вращения за счет гравитационного излучения и слились в одну черную дыру. Однако суммарная масса этой новой черной дыры оказалась на 3 солнечной массы меньше, чем сумма двух старых — энергия была излучена в гравитационных волнах.
 
Симуляция слияния черных дыр
 Изначально две дыры находились чрезвычайно близко друг от друга – на расстоянии 350 км (при том что радиус Шварцшильда для них порядка 210 км). Расстояние (фотометрическое) до источника оценивается в 410 Мегапарсек.
 
 Сигнал был задетектирован с очень высокой достоверностью: соотношением сигнал/шум 24 и достоверностью в 5.1σ (соответствующей одному ложному сигналу в 203 000 лет).
 Было проведено множество проверок как на ложный сигнал, так и намеренную инжекцию. Все они показали отрицательный результат.
 
 Что будет дальше?
 Ученые продолжают исследовать событие, и вскоре будет представлено больше результатов как анализа данных, так и проверок ОТО. На этой странице можно найти подробную информацию о событии и прочие результаты исследования.
 
 Сам гравитационно-волновой детектор будет усовершенстован и далее, что позволит детектировать больше событий. Ожидается увеличение чувствительности еще в несколько раз. В то же время детекторы Advanced VIRGO в Италии и KAGRA в Японии скоро начнут работу, а ученые уже планируют строительство новых детекторов для развития гравитационно-волновой астрономии: десятикилометровый Einstein Telescope в Европе и космический телескоп LISA с длиной плеч интерферометра в 5 миллионов километров.
 
 В заключение добавлю пару ссылок и хороший фильм про LIGO.
 

Оффлайн sam gorelik

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2 233
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
  • samgor
    • Просмотр профиля

 1. В статье не зря говорится о гравитационно-волновой астрономии. По сути, сейчас экспериментально подтверждён ещё один способ изучения космоса. Последний раз такое было при открытии реликтового излучения, изучение которого проливает свет текущее и молодое состояние нашей вселенной и подтверждает теорию большого взрыва.
 
 Гравитационно-волновая астрономия, во-первых, позволит изучать множество событий, которые раньше просто не детектировались другими способами, а во-вторых, позволит получить больше данных о процессах, происходящих внутри многих компактных объектов (не только чёрных дырах, но и, например, нейтронных звёздах). Из этого будет много выводов о возможном состоянии вещества при экстремальной плотности.
 
 Если удастся зафиксировать гравитационные волны от большого взрыва, мы узнаем ещё больше о начальном состоянии нашей вселенной. В отношении чёрных дыр станет многое известно о характеристиках их горизонтов и других параметрах. Да и вообще, сам факт открытия гравитационных волн доказывает их существование.
 
 Т.е. это как минимум революция в наблюдательной астрономии и астрофизике. Последствия будут долгоиграющими.
 
 2. Это ещё одно экспериментальное и чрезвычайно важное подтверждение предсказаний ОТО, что ещё раз говорит нам, что мы правильно понимаем мир в некоторых пред

Оффлайн Олег

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 7 208
  • Репутация: +10/-3
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля

 Гравитационно-волновая астрономия, во-первых, позволит изучать множество событий, которые раньше просто не детектировались другими способами, а во-вторых, позволит получить больше данных о процессах, происходящих внутри многих компактных объектов (не только чёрных дырах, но и, например, нейтронных звёздах). Из этого будет много выводов о возможном состоянии вещества при экстремальной плотности.
 
 Если удастся зафиксировать гравитационные волны от большого взрыва, мы узнаем ещё больше о начальном состоянии нашей вселенной. В отношении чёрных дыр станет многое известно о характеристиках их горизонтов и других параметрах. Да и вообще, сам факт открытия гравитационных волн доказывает их существование.
 
 Т.е. это как минимум революция в наблюдательной астрономии и астрофизике. Последствия будут долгоиграющими.

Подождем ввода в действие космического телескопа LISA. Возможно, этот телескоп будет детектировать каждую звезду, падающую в черную дыру в центре нашей галактики.

Оффлайн sam gorelik

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2 233
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
  • samgor
    • Просмотр профиля
Подождем ввода в действие космического телескопа LISA. Возможно, этот телескоп будет детектировать каждую звезду, падающую в черную дыру в центре нашей галактики.
Будет интересно

Оффлайн Олег

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 7 208
  • Репутация: +10/-3
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
Будет интересно
Новое всегда интересно.

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
Во вторник, если все будет нормально (и в зале будут места), пойду на семинар, где про это будет один из участников проекта рассказыавть.

Оффлайн sam gorelik

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2 233
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
  • samgor
    • Просмотр профиля
Во вторник, если все будет нормально (и в зале будут места), пойду на семинар, где про это будет один из участников проекта рассказыавть.
Расскажете потом?

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
Сходил на семинар.
Докладывала женщина из нашего университете, начальник группы, которая входит в LIGO и занимаются расчетами гравитационных волн возникающих при столкновении двух черных дыр.
  • С момента открытия до объявления все держалось в страшном секрете. Муж этой женщины, работает в этом же отделе (отдел релятивиской астрономии), занимается черными дырами, но она ему ничего не говорила (она сказала, что не понимает, как она не лопнула от усилий не сказать).
  • Расчеты гравитационны волны возникающей при столкновении очень длительные, они этими расчетами занимаются с середины 90х насчитывают базу данных (разные массы, разные скорости, ... ). Насчитано примерно 1000 случаев. Но думаю, что теперь будут считать куда быстрее.
  • Сигнал неприрывано сравнивается с базой данных. Как только получилось довольно хорошее совпадание они начали уточнять параметры. Поэтому самые последние картинки (не знаю они уже опубликованы или нет), совпадают с экспериментом намного лучше (подгоняли массы черных дыр и их скорости, направления, ... ). Сейчас они добились очень хорошего соответвия.
  • Параметры черных дыр слегка необычные (одна из них 30 Солнечных масс, что довольно необычно и мало). При столкновении 3 солнечные массы перешло в энергию, выделившись в виде света (это ОГРОМНАЯ величина).
  • Так как они ограничены в размерах (плечо детектора 4 км), то они могут засекать только вполне определенные длины волн, а значит они видели только само столкновение (последнюю секунду). Если бы плечо было намого длинне, то сигнал они бы писали годами. К 2030 году собираютсяс запустить несколько спутников, и измерительное плечо будет намного больше. Тогда они надеются что "гравитационная астрономия" начнет реально работать, принимая сигналы со всех направлений, да и шумов будет куда меньше и шумы будут гравитационные (то есть имеющие смысл), а не сейсмические, не имеющие отношение к делу
  • Гравитационная астрономия, как надеются, будет большим прорывом. В отличие от света, гравитационные волны проходят через все что угодно, например, через туманности. Так что во вселенной будет меньше нивидимых областей.
  • Откуда пришел сигнал известно ОЧЕНЬ приблизительно (область неба 600 кв. градусов). И направление и расстояние (400 МПарсек) известно только из расчетов (сравнения с базой данных). Так как расстояние между детекторами 3002 км, и плечи детекторов практически параллельны, то облась откуда они принимают сигнал, очень ограничена. Индия, на прошлой неделе решила поствить себе LIGO (у американцев есть запасной набор, так что индийский детектор заработает довольно скоро. Скоро заработают еще пара детекторов, но к сожалению ни одного детектора в южном полушарии. Изначально хотели расположить детектор не в Луизиане, а во Флориде (расстояние было бы куда больше), но политики решили по другому.
  • Местные луизианские фермеры не очень хорошо относились к трубам, которые тянулись на километры и иногда стреляли по ним, пробивая дыры. В результате решили, не озлоблять их наказывая (люди, которые определяют откуда пришел сигнал от звезд, довольно легко определяли по пробоинам в трубе, откуда стреляли), просто забетонировали трубу, и она теперь хорошо защищена.
  • У них был еще одни сигнал, который они думают, что определили, но соотношение сигнал/шум было не очень хорошим, так что они его за реальный сигнал не считают.
  • Сейчас идет набольшая модификация детекторов, что улучшит чувствительность раза в 3, а через несколько лет будет еще одна модификация, но уже кардинальная, которая существенно улучшит чувствительность.
  • Результаты опубубликованы, но не в Nature, так как они продолжают искать еще сигнал, понять как часто такие столкновения происходят, ... .
  • Как они засекают смещение меньше размера протона, она в деталях не знает, она черными дырами занимается, только общие детали, которые и так известны. Что-бы представить себе такую точность, пример: это определение расстояния от Земли до Проксимы Центавры (ближайшая к нам звезда - 4.2 световых года) с точностью до толщины человеческого волоса.
  • Красивые видео (очень красивые), сделаны в лаборатории, которая входит в LIGO, но делела анимации для фильма Interstellar, и использовали наработки голливудские наработки. Но расчеты проводили честно.
PS. Пока писал все это, половину забыл что еще хотел написать, вспомню - добавлю.

Оффлайн sam gorelik

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2 233
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
  • samgor
    • Просмотр профиля
Сходил на семинар.
Докладывала женщина из нашего университете, начальник группы, которая входит в LIGO и занимаются расчетами гравитационных волн возникающих при столкновении двух черных дыр.
  • С момента открытия до объявления все держалось в страшном секрете. Муж этой женщины, работает в этом же отделе (отдел релятивиской астрономии), занимается черными дырами, но она ему ничего не говорила (она сказала, что не понимает, как она не лопнула от усилий не сказать).
  • Расчеты гравитационны волны возникающей при столкновении очень длительные, они этими расчетами занимаются с середины 90х насчитывают базу данных (разные массы, разные скорости, ... ). Насчитано примерно 1000 случаев. Но думаю, что теперь будут считать куда быстрее.
  • Сигнал неприрывано сравнивается с базой данных. Как только получилось довольно хорошее совпадание они начали уточнять параметры. Поэтому самые последние картинки (не знаю они уже опубликованы или нет), совпадают с экспериментом намного лучше (подгоняли массы черных дыр и их скорости, направления, ... ). Сейчас они добились очень хорошего соответвия.
  • Параметры черных дыр слегка необычные (одна из них 30 Солнечных масс, что довольно необычно и мало). При столкновении 3 солнечные массы перешло в энергию, выделившись в виде света (это ОГРОМНАЯ величина).
  • Так как они ограничены в размерах (плечо детектора 4 км), то они могут засекать только вполне определенные длины волн, а значит они видели только само столкновение (последнюю секунду). Если бы плечо было намого длинне, то сигнал они бы писали годами. К 2030 году собираютсяс запустить несколько спутников, и измерительное плечо будет намного больше. Тогда они надеются что "гравитационная астрономия" начнет реально работать, принимая сигналы со всех направлений, да и шумов будет куда меньше и шумы будут гравитационные (то есть имеющие смысл), а не сейсмические, не имеющие отношение к делу
  • Гравитационная астрономия, как надеются, будет большим прорывом. В отличие от света, гравитационные волны проходят через все что угодно, например, через туманности. Так что во вселенной будет меньше нивидимых областей.
  • Откуда пришел сигнал известно ОЧЕНЬ приблизительно (область неба 600 кв. градусов). И направление и расстояние (400 МПарсек) известно только из расчетов (сравнения с базой данных). Так как расстояние между детекторами 3002 км, и плечи детекторов практически параллельны, то облась откуда они принимают сигнал, очень ограничена. Индия, на прошлой неделе решила поствить себе LIGO (у американцев есть запасной набор, так что индийский детектор заработает довольно скоро. Скоро заработают еще пара детекторов, но к сожалению ни одного детектора в южном полушарии. Изначально хотели расположить детектор не в Луизиане, а во Флориде (расстояние было бы куда больше), но политики решили по другому.
  • Местные луизианские фермеры не очень хорошо относились к трубам, которые тянулись на километры и иногда стреляли по ним, пробивая дыры. В результате решили, не озлоблять их наказывая (люди, которые определяют откуда пришел сигнал от звезд, довольно легко определяли по пробоинам в трубе, откуда стреляли), просто забетонировали трубу, и она теперь хорошо защищена.
  • У них был еще одни сигнал, который они думают, что определили, но соотношение сигнал/шум было не очень хорошим, так что они его за реальный сигнал не считают.
  • Сейчас идет набольшая модификация детекторов, что улучшит чувствительность раза в 3, а через несколько лет будет еще одна модификация, но уже кардинальная, которая существенно улучшит чувствительность.
  • Результаты опубубликованы, но не в Nature, так как они продолжают искать еще сигнал, понять как часто такие столкновения происходят, ... .
  • Как они засекают смещение меньше размера протона, она в деталях не знает, она черными дырами занимается, только общие детали, которые и так известны. Что-бы представить себе такую точность, пример: это определение расстояния от Земли до Проксимы Центавры (ближайшая к нам звезда - 4.2 световых года) с точностью до толщины человеческого волоса.
  • Красивые видео (очень красивые), сделаны в лаборатории, которая входит в LIGO, но делела анимации для фильма Interstellar, и использовали наработки голливудские наработки. Но расчеты проводили честно.
PS. Пока писал все это, половину забыл что еще хотел написать, вспомню - добавлю.


Спасибо, Все очень логично и понятно. В принципе, я понимал примерно также. Со спутниками можно будет поймать более длинноволновую гармонику и замерить гораздо точнее. Теперь есть основание для такого эксперимента. 

Оффлайн Олег

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 7 208
  • Репутация: +10/-3
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
При столкновении 3 солнечные массы перешло в энергию, выделившись в виде света (это ОГРОМНАЯ величина).

Наверное это опечатка. Энергия выделилась в виде гравитационных волн.
При заряженных дырах, некоторая часть могла выделиться в виду радиоволны сверхдлинного диапазона.

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
Наверное это опечатка. Энергия выделилась в виде гравитационных волн.
При заряженных дырах, некоторая часть могла выделиться в виду радиоволны сверхдлинного диапазона.
В основном в виде света (именно так и было сказано). Причем это настолько большая величина, это половина всего видимого нами света (точно не помню, то ли нами, то ли еще где, но было подчеркнуто, что это очень много света).

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля

Спасибо, Все очень логично и понятно. В принципе, я понимал примерно также. Со спутниками можно будет поймать более длинноволновую гармонику и замерить гораздо точнее. Теперь есть основание для такого эксперимента.
Сейчас, они могут ловить только момент столкновения (и немножко до него), когда длинна волны быстро уменьшается (частота растет). Поэтому рано или поздно длинна волны будет в резонансе. Со спутниками, они надеются, что будут видеть сигнал годами, когда черные дыры еще далеко.


Оффлайн Олег

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 7 208
  • Репутация: +10/-3
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
В основном в виде света (именно так и было сказано). Причем это настолько большая величина, это половина всего видимого нами света (точно не помню, то ли нами, то ли еще где, но было подчеркнуто, что это очень много света).
А вы не могли бы осветить этот вопрос подробнее?
Или поезд уже ушел?

Дело в том, что тут: http://elementy.ru/novosti_nauki?discuss=432691&return=1
написано: "Разница между суммарной массой двух исходных объектов и конечной черной дырой составляет 3±0,5 солнечных масс. Этот гравитационный дефект масс примерно за 20 миллисекунд полностью перешел в энергию излученных гравитационных волн."

Оффлайн Slava Parkov

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1 019
  • Репутация: +0/-0
  • Пол: Мужской
    • Просмотр профиля
А вы не могли бы осветить этот вопрос подробнее?
Или поезд уже ушел?

Дело в том, что тут: http://elementy.ru/novosti_nauki?discuss=432691&return=1
написано: "Разница между суммарной массой двух исходных объектов и конечной черной дырой составляет 3±0,5 солнечных масс. Этот гравитационный дефект масс примерно за 20 миллисекунд полностью перешел в энергию излученных гравитационных волн."
Она говорила, что гравитационные волны трудно излучать (нужен квадрупольный момент). Одиночная черная дыра прекрасно излучает ЭМ волны (их так и обнаруживают), при этом испаряясь, но не излучает гравитационные волны. Для излучения гравитационных волн нужно обязательно две черные дыры.