Ανακοινώθηκε επίσημα η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων

Posted on 11/02/2016

2


…. από το πείραμα LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)

(νεώτερη ενημέρωση)

ligo11

Oι δύο ανιχνευτές LIGO στις ΗΠΑ οι οποίοι απέχουν μεταξύ τους περίπου 3000 χιλιόμετρα κατέγραψαν σήμα που οφείλεται σε βαρυτικά κύματα για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικής.

φήμες επιβεβαιώνονται. Δυο μαύρες τρύπες σε απόσταση 1,3 δισεκατοmμύρια έτη φωτός από τη Γη, με 29 και 36 ηλιακές μάζες αντίστοιχα, στροβιλίστηκαν μεταξύ τους και συγχωνεύθηκαν για να καταλήξουν σε μια μαύρη τρύπα 62 ηλιακών μαζών, δημιουργώντας βαρυτικά κύματα.
video2.gifΤα κύματα αυτά ανιχνεύθηκαν στη Γη από τους ανιχνευτές του πειράματος LΙGO με συχνότητες από 35 έως 250 Hz.
Από το έλλειμμα μάζας ΔΜ=29+36 – 62 = 3 ηλιακές μάζες, προκύπτει η ενέργεια που μεταφέρουν τα βαρυτικά  κύματα.

ligo5

Το πέρασμα των βαρυτικών κυμάτων προκαλεί μεταβολή μήκους στους κάθετους βραχίονες του LIGO. Η μεταβολή αυτή είναι κατά χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα του πρωτονίου. Το εκπληκτικό επίτευγμα του πειράματος είναι η μέτρηση ενός τόσο μικρού μήκους.

Η στατιστική των πειραματικών δεδομένων είναι πράγματι 5,1σ (ακρίβεια 5σ σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα 1 στα 3,5 εκατομμύρια το γεγονός να μην είναι πραγματικό) που είναι αρκετή για να γίνει η ανακάλυψη αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα.
ligo33s

ligo223

Τα σήματα ανιχνεύθηκαν στις 14 Σεπτεμβρίου 2015

Ταυτόχρονα με την επίσημη ανακοίνωση

αναρτήθηκε και η αντίστοιχη επιστημονική δημοσίευση με τίτλο: «Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger» , B. P. Abbott, M. Agathos, V. Kalogera, E. C. Katsavounidis, A. Kontos, A. Mytidis et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016 (PDF)
Η εν λόγω δημοσίευση θα μείνει ως μια από τις πιο σημαντικές στην ιστορία της φυσικής (… εφόσον βέβαια δεν επαναληφθεί το φιάσκο των πειραμάτων OPERA ή BICEP)

Ακούστε το «τιτίβισμα» των βαρυτικών κυμάτων που ανίχνευσε το LIGO:

LIGO: η πιο ακριβής μεζούρα στον κόσμο


To παραπάνω βίντεο μας δείχνει πως λειτουργούν οι δίδυμοι ανιχνευτές LIGO στο Hanford (Washington) και στο Livingston (Louisiana). H κάθε διάταξη συνίσταται από ένα τεράστιο συμβολόμετρο, μια διάταξη που χρησιμοποιεί την συμβολή δυο δεσμών φωτός λέιζερ για να επιτύχει τις πιο ακριβείς μετρήσεις μήκους στον κόσμο.
Αρχικά, στο βίντεο, βλέπουμε μια απλοποιημένη απεικόνιση της όλης διάταξης. Εκπέμπεται μια ακτίνα φωτός που διαχωρίζεται σε δυο ίσες ξεχωριστές ακτίνες. Οι φωτεινές δέσμες αφού διανύσουν κάθετες διαδρομές μήκους 4 χιλιομέτρων ανακλώνται σε καθρέπτες. Οι ανακλώμενες ακτίνες επιστρέφουν πίσω στον διαχωριστή δέσμης και η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται 200 φορές.
Όταν τα βαρυτικά κύματα διέρχονται από την διάταξη μεταβάλλουν απειροελάχιστα το μήκος των βραχιόνων – στο βίντεο οι μεταβολές αυτές τονίζονται επίτηδες υπερβολικά. Η διαταραχή από το βαρυτικό κύμα κάνει το φως που πέφτει στον ανιχνευτή να τρεμοπαίζει.
Στο δεύτερο μέρος του βίντεο περιγράφεται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια το τρεμούλιασμα του φωτός όταν η διάταξη διαταράσσεται από το πέρασμα του βαρυτικού κύματος. ligo6
Βλέπουμε τις δυο δέσμες του φωτός να επιστρέφουν μετά την ανάκλασή τους στους καθρέπτες και να συναντώνται στον διαχωριστή δέσμης και να συμβάλλουν. Κανονικά, όταν δεν υπάρχουν βαρυτικά κύματα, η απόσταση μεταξύ του διαχωριστή δέσμης και του κατόπτρου ρυθμίζεται έτσι ώστε τα κύματα φωτός να βρίσκονται σε αντίθεση φάσης το ένα από το άλλο και να αλληλοεξουδετερώνονται. Έτσι, δεν φτάνει φως στους ανιχνευτές.
Όταν όμως διέρχονται βαρυτικά κύματα τότε επιμηκύνεται ο ένας βραχίονας και μικραίνει ο άλλος με αποτέλεσμα να αλλάζει η φάση των κυμάτων. Στις δυο ακραίες περιπτώσεις, αν τα δυο κύματα βρεθούν σε φάση τότε παράγεται μια έντονη φωτεινή δέσμη κι όταν βρίσκονται σε αντίθεση δεν υπάρχει φωτεινό σήμα στους ανιχνευτές. Το πέρασμα των βαρυτικών κυμάτων θα κάνει το φωτεινό σήμα να τρεμοπαίζει.
H ανάλυση αυτών των καταγεγραμμένων σημάτων από τους ανιχνευτές θα δώσει τα χαρακτηριστικά των βαρυτικών κυμάτων.
Επαναλαμβάνουμε ότι, οι μεταβολές στο μήκος των βραχιόνων που φαίνονται στο παραπάνω βίντεο είναι υπερβολικές. Στην πραγματικότητα είναι μόνο το ένα χιλιοστό του μεγέθους ενός πρωτονίου. Με λίγα λόγια το LIGO είναι ο πιο ακριβής χάρακας τους κόσμου!