Mobili versija | Apie | Visos naujienos | RSS | Kontaktai | Paslaugos
 
Jūs esate čia: Pradžia » Visos temos » Mokslas » Astronomija ir kosmonautika

Gravitacinės bangos: su kuo jos valgomos

2016-02-12 (9) Rekomenduoja   (52) Perskaitymai (2958)
    Share
Tai straipsnis iš rašinių ciklo. Peržiūrėti ciklo turinį

Rašydamas šituos žodžius, dar nežinau, ar šiandien* bus paskelbta apie gravitacinių bangų atradimą, bet visos gandų mašinos sako, kad bus. Neabejoju, kad apie atradimą bus rašoma visur žiniasklaidoje. Taip pat neabejoju, kad tarp paaiškinimų apie atradimo reikšmę bus ir teisingų, ir klaidingų, ir visiškai ne į temą. Tad parašysiu ir aš trumpą paaiškinimą, kas per dalykas tos gravitacinės bangos ir kodėl bandome jas aptikti. Galbūt tai bus ne pats klaidingiausias paaiškinimas, kurį matysite per artimiausias dienas :)

Pradėsiu nuo nuorodos į įrašą, kurį dariau prieš beveik dvejus metus. Tada, 2014-ųjų kovą, buvo paskelbta apie pirmykščių, nuo Didžiojo sprogimo užsilikusių, gravitacinių bangų aptikimą. Tiksliau apie jų paliktą pėdsaką kosminėje foninėje spinduliuotėje. Visgi vėliau paaiškėjo, kad signalas buvo mūsų Galaktikoje esančių dulkių paliktas triukšmas. Bet stebėjimai, aišku, nesiliovė.

Kaip atsiranda gravitacinės bangos?
Bet kokia medžiaga iškreipia erdvę aplink save. Kuo labiau nutolstame nuo medžiagos telkinio, tuo iškreipimas menkesnis, tačiau jis yra visur. Jei kūnas juda, keičiasi ir erdvės iškreipimas, tačiau vieno tokio pasikeitimo subangavimui neužtenka. Kad atsirastų gravitacinės bangos, reikalingas judėjimas su pagreičiu. Pavyzdžiui, gravitacines bangas skleidžia dvinarės žvaigždės. Taip pat manoma, kad gravitacinių bangų turėjo kilti Visatos egzistavimo pradžioje buvusio infliacijos periodo metu.

Toks gravitacinių bangų susidarymo mechanizmas yra analogiškas elektromagnetinei spinduliuotei. Krūvį turintis objektas, judantis su pagreičiu, skleidžia spinduliuotę. Netrukus po bendrosios reliatyvumo teorijos suformulavimo, Albertas Ainštainas (tas, kurį paprastai Einšteinu vadina) išvedė ir gravitacinių bangų prognozę. Ir štai, po šimto metų jas pavyko aptikti tiesiogiai.

Kaip jas galima aptikti?
Ką reiškia „tiesioginis aptikimas”? Ogi tai, kad aptiktas gravitacinių bangų sukeltas erdvės susitraukimas ir išsitempimas. Gravitacinės bangos tą ir daro – tempia erdvę. Bet kokio atstumo pokytis yra labai nedidelis, 10⁻²⁰ eilės ar mažesnis (viskas priklauso nuo šaltinio), taigi reikalingas ir labai jautrus detektorius. Nenuostabu, kad šiam atradimui prireikė šimto metų.

Tiesiogiai bangos aptinkamos lazeriniu interferometru. Tai toks prietaisas, kuriame lazerio šviesa padalinama į du spindulius, nukreipiamus ilgais tuneliais statmenomis kryptimis. Kiekvieno tunelio gale spindulys atsispindi ir grįžta atgal, tada abu spinduliai sujungiami į vieną ir nukreipiami į ekraną. Jei abiejų spindulių nukeliauti atstumai yra tiksliai vienodi, lazerio šviesos bangos interferuoja destruktyviai – viena kitą panaikina ir jokio signalo detektorius neužfiksuoja. Tačiau jei vienas iš tunelių yra ilgesnis už kitą, gaunamas signalas, nebent ilgių skirtumas yra spindulio bangos ilgio kartotinis. Gravitacinė banga, pralėkdama pro detektorių, jo tunelius iškreipia nevienodai, taigi teoriškai bangą aptikti įmanoma. Žinoma, pirmiausia reikia kuo geriau pašalinti visas kitas įmanomas vibracijas, pradedant netoliese važinėjančių automobilių keliamais virpesiais, baigiant Žemės tektoninių plokščių judėjimu.

Yra būdų aptikti gravitacines bangas netiesiogiai. Du vienas aplink kitą besisukantys objektai, spinduliuojantys šias bangas, praranda energiją, todėl jų orbita po truputį mažėja. Orbitos periodo trukmę labai tiksliai galime išmatuoti dvinariuose pulsaruose, tokiuose kaip Hulse-Taylor objektas. Šios poros sukimosi periodas trumpėja tiksliai taip, kaip prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija, o jo atradimas 1974-aisiais metais buvo pirmasis rimtas gravitacinių bangų egzistavimo įrodymas. Atradėjai 1993-aisiais pasidalino Nobelio fizikos premiją.

Advanced LIGO atradimas.
Advanced LIGO yra būtent toks interferometras, kurį aprašiau aukščiau. LIGO – Lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorijos (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) – projektas pradėtas dar 1992 m., detektorius įjungtas 2002-aisiais. Per aštuonerius darbo metus gravitacinių bangų aptikti nepavyko, tada detektorius penkerius metu buvo atnaujinamas ir tobulinamas. Pernai rugsėjį, pavadintas Advanced LIGO, įjungtas iš naujo. Ir iškart, tiksliau netgi dar prieš pradedant oficialius stebėjimus, rugsėjo 14-ą dieną, užfiksuotas signalas, kuris, kaip paaiškėjo, yra dviejų susijungiančių juodųjų skylių paskleistos gravitacinės bangos.

Juodųjų skylių poros masės buvo 29 ir 36 kartus didesnės nei Saulės. Jos sukosi viena aplink kitą, o sukdamosi spinduliavo gravitacines bangas. Atstumas tarp jų mažėjo, sukimasis spartėjo, gravitacinės bangos stiprėjo, o jų dažnis augo. Galiausiai jos pasidarė tokios stiprios, kad Advanced LIGO detektorius sugebėjo aptikti. Pagautas signalas truko mažiau nei sekundę, bet jame aiškiai matyti bent septynios bangos keteros. Ir signalas visiškai atitiko tai, ką prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija; būtent priderinę modelio parametrus prie signalo dažnio ir jo kitimo, LIGO komandos nariai ir nustatė juodųjų skylių mases. Juodosios skylės susiliejo į vieną, kuri dar trumpą laiką (vėlgi – trumpiau nei sekundę) virpėjo – tai matoma kaip slopstantis signalas. Iš jo savybių nustatyta, kad naujoji juodoji bedugnė yra 62 kartus masyvesnė už Saulę. Tai reiškia, kad 3 Saulės masės prarastos kaip energija – išspinduliuotos gravitacinėmis bangomis. Trys Saulės masės virto energija per keletą milisekundžių. Kaip spaudos konferencijos metu gerai pastebėjo Kipas Tornas (Kip Thorne), trumpą laiką besijungiančių juodųjų skylių gravitacinė spinduliuotė turėjo daugiau galios, nei visos Visatos žvaigždės kartu sudėjus.

Toks stiprus signalas pasklido po visą Visatą. Kol atsklido iki mūsų, bangos amplitudė liko mažytė – erdvė ištempta/suspausta vos 10⁻²¹ karto. Advanced LIGO detektorių kiekvieno tunelio ilgis yra po 4 km; šis atstumas susitraukė ar išsiplėtė mažiau nei per vieną tūkstantąją protono skersmens dalį. Ir visgi to užteko, kad signalas būtų pagautas. Žinodami pradinę bangos energiją ir dabartinę amplitudę, astronomai nustatė ir atstumą iki jos šaltinio – 410 megaparsekų, kas atitinka 1,3 milijardo metų praeitį.

Signalas aptiktas abiejuose Advanced LIGO detektoriuose – tai žymiai padidina tikimybę, kad signalas yra tikras. Šiek tiek anksčiau jis prasidėjo Luizianoje, maždaug po septynių milisekundžių – Vašingtone. Ši informacija leido apytikriai nustatyti ir kryptį, iš kurios banga atsklido: greičiausiai tai yra pietinis dangaus, maždaug Magelano debesų link. Tikslesniam nustatymui reikėtų dar bent vieno detektoriaus, kad pavyktų trianguliuoti signalą.

1 | 2
Verta skaityti! Verta skaityti!
(52)
Neverta skaityti!
(0)
Reitingas
(52)
Visi šio ciklo įrašai:
2016-06-16 ->
2016-03-03 ->
2016-02-17 ->
2016-02-16 ->
2016-02-14 ->
2016-02-13 ->
Komentarai (9)
Komentuoti gali tik registruoti vartotojai
Kiti tekstai, kuriuos parašė Kastytis Zubovas
Naujausi įrašai

Įdomiausi

Paros
48(0)
28(4)
19(0)
15(0)
14(0)
13(0)
12(1)
11(1)
10(1)
Savaitės
108(1)
89(0)
88(4)
Mėnesio
150(27)
147(12)
142(22)
106(0)
101(19)