Gravitationswellen wurden theoretisiert, seit Albert Einstein 1916 seine Relativitätstheorie aufstellte. Was sind Gravitationswellen und warum finden wir sie nach 100 Jahren Suche plötzlich?
Was sind Gravitationswellen?
Was passiert, wenn Sie einen Stein in eine Pfütze werfen? Der Aufprall des Felsens erzeugt Wellen im Wasser, die zum Rand der Pfütze wandern und immer wieder zurückprallen, bis die Energie, mit der sie erzeugt wurden, erschöpft ist. Das Gleichepassiert im Weltraum - wenn ein starkes katastrophales Ereignis eintritt, wie die Kollision von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen, entstehen Gravitationswellen, die sich durch das Gefüge der Raumzeit im gesamten Universum ziehen.
während Einstein könnte diese Wellen bereits 1916 theoretisiert haben wir hatten bis 1974 keinen Beweis für die Existenz dieser Gravitationswellen. Astronomen an der enormen Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico fand Hinweise auf ein binäres Pulsarsternsystem - zwei massiv dichte Sterne in enger Umlaufbahn umeinander. Dies war die Art von astronomischem Ereignis, von dem Einstein angenommen hatte, dass es Gravitationswellen erzeugen würde, also begannen die Astronomen, die Bewegung dieser beiden binären Sterne zu untersuchen.
Nach 8 Jahren wurde festgestellt, dass die Sterne näher zusammenrücken - genau wie Einsteins allgemeine Relativitätstheorie vorausgesagt hatte.
Nun, dieses Sternensystem wird seit mehr als 40 Jahren untersucht, gemessen und überwacht, und es hat sich gezeigt, dass Einstein richtig war und solche Vorkommnisse tatsächlich Gravitationswellen erzeugen.
Wir haben die Wellen erst 2016 selbst entdeckt, da sie bis zu unserer kleinen Ecke der Milchstraße so schwach sind, dass sie sich fast vollständig aufgelöst haben.
Der Tod der Neutronensterne
Zum ersten Mal seit Einsteins Theorie über Gravitationswellen konnten wir ihre Entstehung beobachten. Forscher konnten die Todesspirale eines Paares von Neutronensternen beobachten, die sich in einer Umlaufbahn umeinander befanden. ähnlich den Pulsaren, die ursprünglich 1974 beobachtet wurden . Die Kollision dieser Sterne erzeugte die erste beobachtbare Generation von Gravitationswellen in der Geschichte.
Diese Kollision wurde auch als erste bekannte Instanz eines astronomischen Ereignisses gefeiert, das zwei verschiedene Arten von Wellen aussendet. In diesem Fall sendet die Kollision der Neutronensterne sowohl Gravitations- als auch elektromagnetische Wellen aus.
Während wir diese Art von Phänomenen seit Jahrzehnten beobachten, ist dies das erste Mal, dass die astronomische Gemeinschaft die Möglichkeit hat, die Erzeugung dieser Gravitationswellen aus erster Hand zu sehen.
Einführung in LIGO
LIGO, kurz für Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium basiert auf zwei Detektoren, die an zwei verschiedenen Orten im Land platziert sind. Ein Detektor befindet sich in Hanford, Washington, während der andere in Livingston, Louisiana, zu Hause ist. Während Gravitationswellen durch die Erde fließenSie bewirken, dass sich die Beine des Detektors ausdehnen und zusammenziehen. Diese Chance ist winzig - ein Bruchteil des Durchmessers eines Protons - aber es reicht aus, um sie zu überwachen.
Die Detektoren sind fast 2.000 Meilen voneinander entfernt, aber eine Gravitationswelle kann diese Entfernung in ungefähr 10 Millisekunden überqueren. Der Zeitunterschied zwischen den beiden Stationen kann Astronomen dabei helfen, festzustellen, aus welcher astronomischen Richtung die Wellen kamen.
LIGO und andere ähnliche Detektoren sind der Hauptgrund dafür, dass wir endlich so viele Gravitationswellen sehen. Die Wirkung dieser Wellen auf die Pflanze ist fast unmerklich und bis zum Gründung von LIGO Ende der 90er Jahre Wir hatten einfach keine Ausrüstung, die empfindlich genug war, um die winzigen Änderungen zu messen, die die Gravitationswellen verursachten, als sie sich durch unseren Planeten bewegten.
LIGO verwendet, wie der Name schon sagt, ein Interferometer, um Änderungen zu messen, die durch Gravitationswellen verursacht werden. Ein Interferometer verwendet gezieltes Licht oder Radiowellen, um unglaublich kleine Dinge zu messen. Bei einem Gerät, das Licht verwendet, den Laser oder andereDie Lichtquelle wird durch einen Strahlteiler in zwei gleichmäßige Hälften geteilt. Eine Hälfte des Strahls wird auf einen Bildschirm projiziert, die andere wird auf einen Spiegel projiziert und dann als Bildschirm zurückreflektiert. Dadurch wird der zweite Strahl leicht phasenverschobender erste.
Sobald sich die beiden Strahlen treffen, überlappen sie sich und interferieren miteinander. Das Muster der Interferenz hängt vom Abstand zwischen Bildschirm und Spiegel ab. Durch Überwachung des Interferenzmusters kann LIGO Gravitationswellen überwachen, wenn sie den Planeten passierenweil es das Interferenzmuster verschiebt.
Dies ist mit Sicherheit eine der aufregendsten astronomischen Entdeckungen der letzten Jahrzehnte. Es enthält einige weitere Puzzleteile, die uns helfen, das Universum um uns herum ein wenig besser zu verstehen, und es uns möglicherweise sogar ermöglichen, die Expansion des Universums zurück zu studierenZum Urknall. Während es eine Weile dauern kann, bis Forscher diese Gravitationswellen verstehen, hat der Tod dieser beiden Neutronensterne dazu beigetragen, den Weg für ein besseres Verständnis unseres Universums zu ebnen. Dies wird von entscheidender Bedeutung sein, wenn wir dies tunMachen Sie sich auf den Weg ins All und werden Sie zu der interstellaren Rasse, zu der wir versucht haben, seit wir das erste Mal auf dem Mond gelaufen sind.
Via : LIGO Caltech