Vedci objavili gravitačné vlny

Zobraziť predchádzajúcu tému Zobraziť nasledujúcu tému Goto down

Vedci objavili gravitačné vlny

Odoslať pre Admin za 11th februára 2016, 20:46

Vedci po 100 rokoch objavili gravitačné vlny

Superobjav fyziky sa potvrdil. Vedci naozaj narazili na gravitačné vlny.Bola polovica septembra 2015. Fyzik Marco Drago sedel pred svojim počítačom, keď sa zrazu na monitore objavil zvláštny signál. Laserový experiment LIGO po svojom vylepšení ešte ani oficiálne nenaberal nové dáta, i keď zariadenie už niekoľko dní fungovalo. A hneď takáto anomália.Oba laserové interferometre, vzdialené od seba v Spojených štátoch tisíce kilometrov zachytili čvirikanie pripomínajúce vtáčí spev. Do hodiny sa dáta dostali k ostatným členom tímu, no ešte stále to vyzeralo príliš dobre.Vo štvrtok 11.2.2016 po storočnom čakaní to však fyzici priznali. Prvý raz priamo objavili gravitačné vlny, fenomén, ktorý vyplýva z všeobecnej teórie relativity Alberta Einsteina. A prvý raz tak priamo pozorovali aj zrážku dvoch čiernych dier.

Dve čierne diery

Gravitačné vlny sú matematickým dôsledkom relativity. Ak sa veľmi hmotné teleso pohybuje, zanecháva za sebou vlny podobne ako loď na hladine jazera.Problémom však bolo, že aj po desaťročiach hľadania inžinieri a vedci nedokázali vytvoriť dostatočne citlivý prístroj, ktorý by vlnenie časopriestoru priamo zachytil. Dôvodom je jeho takmer neviditeľná povaha.Odborníci tak mali len nepriame dôkazy – napríklad z pozorovania rádiosignálov neutrónových hviezd. To platilo až do roku 2016.

„Objavili sme gravitačné vlny. Boli to dve čierne diery,“ zneli slová, ktorými vo štvrtok odštartovala nová revolúcia v astronómii. Práve na tlačovej konferencii výskumníci oznámili, že na gravitačné vlny po rokoch čakania narazili.

Ich pôvod podľa dvojice štúdií chystaných v odborných magazínoch patrí páru hmotných čiernych dier, ktoré sa zrazili a splynuli. Jedna mala 36 hmotností nášho Slnka, druhá 29. A na konci zostala čierna diera viac než šesťdesiatkrát hmotnejšia ako naša hviezda.Takáto extrémna zrážka vyžiarila podľa magazínu Nature viac energie ako v tom istom okamihu vytváralo svetlo všetkých viditeľných hviezd v kozme. A poslala ju do okolitého vesmíru práve vo forme gravitačných vĺn.

„Bola to zďaleka najsilnejšia explózia s výnimkou veľkého tresku, akú ľudstvo kedy zaznamenalo,“ dodáva pre magazín Science teoretický fyzik Kip Thorne.

Revolúcia v astronómii

Samotný objav gravitačných vĺn nepotvrdzuje len platnosť všeobecnej teórie relativity či ďalších myšlienok, ktoré sa vďaka Einsteinov práci objavili neskôr.V skutočnosti môže znamenať čosi podobné, ako objav rádiových vĺn. Pravdepodobne nás teraz čaká revolúcia v astronómii a možno nielen v nej.

„Tieto úžasné pozorovania sú pritom potvrdením obrovského množstva teoretickej práce,“ zdôrazňuje pre Nature Stephen Hawking. Vrátane tej jeho.

Pomocou gravitačných vĺn by sa totiž vedci mohli lepšie pozrieť na extrémne procesy týkajúce sa napríklad čiernych dier, kvazarov, supernov či superhustých neutrónových hviezd. Hawking by ich chcel využiť na preskúmanie plochy podobných exotických útvarov.
Prečítajte si tiež: Ani Albert Einstein neveril, že gravitačné vlny objavíme

Admin
Admin

Počet príspevkov : 32
Join date : 15.07.2014

Zobrazit informácie o autorovi http://servis.forumsk.com

Návrat hore Goto down

Re: Vedci objavili gravitačné vlny

Odoslať pre Admin za 12th februára 2016, 10:22

Vědci poprvé zachytili gravitační vlny

Signál, na který čekali vědci téměř padesát let, a jehož zveřejnění včera nadchlo odborníky, byl zachycen už v září 2015. Paralelně ho zaregistrovaly oba LIGO-detektory v USA.

Vědci objevili gravitační vlny, které způsobila vzdálená kolize dvou černých děr. Jev, který je vyvolal, se odehrál už před dlouhou dobou – obě černé díry se nacházejí ve vzdálenosti zhruba 1,3 miliardy světelných let. Jejich hmotnost se odhaduje na 29 a 36 hmotnosti Slunce. Splynuly do jedné větší s hmotností 62 sluncí. Zbylá energie, která odpovídá hmotě tří Sluncí, byla při této masivní katastrofě ve zlomku vteřiny vyzářena ve formě gravitačních vln.Poprvé v historii bylo pozorováno gravitační „zčeření“ časoprostoru na Zemi - a ne jen úbytek hmoty u vzdálené kosmické katastrofy. Před tímto objevem nebyli vědci ani moc jistí tím, že černé díry s hmotností několika desítek Sluncí reálně existují. Dokonce i Albert Einstein, který před sto lety existenci gravitačních vln postuloval, moc nevěřil v jejich existenci a považoval je prý za matematickou hříčku.

Gravitační vlny

Nedají se přímo porovnávat s elektromagnetickými nebo akustickými vlnami. Gravitační „vlny“ jsou pokřivením geometrie vesmírného prostoru. Předpověděl je Albert Einstein rok poté, co v roce 1915 zveřejnil svou všeobecnou teorii relativity. Jejich existence vyplývá z Einsteinových rovnic a většina vědců je v počátku považovala spíše za matematickou hříčku než za reálný jev.Podle Einsteinovy teorie, jejíž správnost byla  v poslední stovce let mnohokrát potvrzena, se gravitační vlny při svém pohybu vesmírem  projevují deformací tří prostorových dimenzí a času. Gravitace tak podle Einsteina není pouhou silou, ale vlastností čtyř dimenzionálního systému prostoročasu.

Každá hmota deformuje prostoročas a ovlivňuje tak dráhu ostatních těles. V případě, že se hmotná tělesa urychlují, křiví nejen prostor kolem sebe, ale vysílají také speciální vln, kterým říkáme gravitační. Pohybují se rychlostí světla. Pokřivením prostoru je přitom míněn jev, při kterém se mění vzdálenosti jednotlivých bodů hmotných těles. Původně perfektně kruhový objekt mění například svůj tvar na lehce oválný, aby se pak vrátil do svého původního stavu. Tento jev se dá nejlépe přirovnat k šíření akustických vln. Ty stlačují vzduch, gravitace v určitém časovém úseku stlačuje a deformuje prostor.
Gravitační vlny mohou transportovat obrovské množství energie. Přesto jsou tyto vlny těžko prokazatelné, protože prostor je „pevný“ a na jeho pokřivení je potřeba opravdu enormní množství energie.

Druh a vlastnosti gravitačních vln

Vlastnosti gravitačních vln (například jejich frekvence) závisí na druhu těles,  které je vyvolaly. Čím těžší je těleso, které vlny vyslalo, tím menší frekvenci mají.

Supernovy vysílají například gravitační vlny s frekvencí až 1000 Hz. Rychle rotující neutronové hvězdy, vysílají vlny s frekvencí 10 – 10 000 Hz. Systémy, které se skládají z neutronové hvězdy, která obíhá černou díru, vydávají gravitační vlny s nižší frekvencí. Ta přímo závisí na dobu vzájemného oběhu obou těles. Čím blíže obě tělesa jsou, tím vyšší frekvenci mají jejich gravitační vlny. Dvojice neutronových hvězd může zpočátku vysílat hlubší frekvence, které se postupně zvyšují až dosáhnou několika set Hz. Supermasivní černé díry, které disponují hmotami 100 000 až několik miliard Sluncí, produkují vlny v oblasti kolem milihertzu. Na podzim pozorovaný jev, při kterém se spojily dvě černé díry s hmotnostmi několika  desítek Sluncí, vyprodukovaly vlny s frekvencí pod 100 Hz.

Nepřímý důkaz gravitačních vln

První nepřímý důkaz gravitačních vln přinesli vědci už v sedmdesátých letech. Astronomové Russel Hulse a Joseph Taylor pozorovali dvě neutronové hvězdy, které kroužily kolem společného těžiště, jejichž vzájemná vzdálenost se neustále zmenšovala. Systém přitom ztrácel přesně tolik energie, kolik předpověděl ve své teorii Albert Einstein. Oba vědci dostali za svůj objev v roce 1993 Nobelovu cenu.

Přímý důkaz gravitačních vln

Z šedesátých let pochází první detektor, který měl gravitační vlny prokázat v přímém experimentu. Jeho autor, Joseph Weber, tvrdil, že vlny skutečně zachytil, výsledky jeho experimentů se ale nepovedlo duplikovat. Měření pomocí cylindrického detektoru byla později považována za chybná.

V sedmdesátých letech vědci začali konstruovat přístroje, které používaly laserové interferometry. Jsou složené ze  dvou, k sobě navzájem kolmo postavených ramen, kterými probíhá laserový paprsek. Přicházející gravitační vlny pak obě ramena deformují různým způsobem, což se projeví na laserem vysílaném paprsku a vytvoří specifický druh signálu.Technologický skok představují experimenty, které opustí povrch Země, aby pracovaly na oběžné dráze nebo ve větší vzdálenosti od Země. Před několika měsíci odstartovala mise LISA Pathfinder, která má měřit gravitační vlny přímo ve vesmíru. Může odhalit i nízkofrekvenční signály, pocházející ze superhmotných černých děr, které se nacházejí v centrech galaxií.

Paralelně s ní pracují a jsou neustále zdokonalovány pozemské detektory LIGO v USA, Virgo v italském městě Sascina a GEO600 v německém Hanoveru.
Z principu věci se dají na pozemském povrchu zachytit signály mezi 30  3000 Hz. Jediným z experimentů,který zpracovává objekty s nízkou frekvencí gravitačních vln, je experiment „Advanced LIGO“ v USA. Umí zachytit i signál, který má méně než 100 Hz.
Jak probíhal experimentální důkaz gravitačních vln na Advanced LIGO

LiGO zahrnuje dvě observatoře. Jedna z ncih se nachází v Hanfordu, ve státě Washington. Druhá je v Livingstonu, ve státě Luisiana. Jsou tak od sebe vzdáleny 3000 kilometrů. Z porovnání gravitačních vln, které se pohybují přesně danou rychlostí (rychlostí světla), se díky rozdílnému času dopadu na oba detektory dá určit místo, odkud byly k nám přicházejí. Díky velké vzájemné vzdálenosti se také daří eliminovat některé lokální vlivy, které mohou experiment narušit - například vibrace a zemětřesení.Observatoře jsou postaveny do tvaru písmene „L“. Délka jednotlivých ramen, ve kterých se pohybují laserové paprsky, je kolem 4  kilometrů. Hanfordský experiment vlastní také druhý interferometr, který je dlouhý 2 kilometry.

„Máme něco jako pravý signál!“ První pozorování měla být experimentem „Advanced LIGO“ provedena 18. září. Vědci ale pozorovali dotyčný signál už 14. září. Věnovali se právě přípravám a testům, když je překvapila čistá a tak dlouho předpovídaná modulace. Mnozí z nich zprvu nevěřili, že je „pravá“ a nejedná se o součást testů.

Analyzátor signálů Marco Drago byl první,  kdo signál zaregistroval. Pracuje v německém Hanoveru, kam počítače předávají výsledky experimentů z USA. Spolu se svým kolegou, Andrewem Lundgrenem se pak snažili provolat na pracoviště LIGO do USA. Tam v té  době panovala hluboká noc, takže žádného ze svých kolegů nezastihli. Skvělou zprávu jim zprostředkovaly až hromadné emaily, které skupina vědců z Německa  rozeslala celému týmu: „Zdá se, že máme něco, co vypadá jako pravý signál.“

Díky počítačovým simulacím vědci vědí, jaký signál mají hledat. Teoretičtí fyzici a analyzátoři mohou vypočítat, co se děje při vzájemné kolizi dvou černých děr. Je proto známo, jaké gravitační vlny systém vysílá a jaké efekty pak při zachycení v pozemském detektoru vyvolají. V průběhu minulých let byly propočítány tisíce možných kosmických katastrof a definovány signatury, kterými by se měly projevit.Oba detektory, jak v Livingstonu, tak Hanfordu (USA) zaregistrovaly stejný signál. V tomto případě odpovídal systému dvou černých děr, které kolem sebe nejprve krouží, aby pak splynuly do jednoho objektu.
Plány do budoucna

V průběhu dalších experimentů, které se mají konat v září 2016, chtějí vědci pozorovat další typické efekty. Během dalšího roku by chtěli zkoumat hmotnosti různých černých děr. V roce 2034 by měl začít pracovat vesmírný detektor eLISA. Ten bude mít jinou konfiguraci a bude se tak moci koncentrovat na měření gravitačních vln jiných těles – černých děr s tisíci nebo milióny hmotností Slunce, nebo dvojic bílých trpaslíků.

Zdroje:http://www.weltderphysik.de/, http://arxiv.org/pdf/1601.06156v1.pdf  https://dcc.ligo.org/public/0122/P150914/014/LIGO-P150914%3ADetection_of_GW150914.pdf

Admin
Admin

Počet príspevkov : 32
Join date : 15.07.2014

Zobrazit informácie o autorovi http://servis.forumsk.com

Návrat hore Goto down

Zobraziť predchádzajúcu tému Zobraziť nasledujúcu tému Návrat hore


 
Povolenie tohoto fóra:
Nemôžete odpovedať na témy v tomto fóre.