Gravitacijski valovi (opservatorij LIGO)

Gravitacijski valovi (opservatorij LIGO)

Kretanje masivnih tijela povećanom brzinom uzrokuje pulsiranja u prostorvremenu koje se zovu gravitacijski valovi.

Fizika

Ključne riječi

gravitacijski val, Ligo opservatorij, crna rupa, gravitacija, interferencija, laserska zraka, prostorvrijeme, Einstein, teorija relativnosti, relativnost, neutronska zvijezda, val, međufaza, brzina svetlosti, astronomija, astrofizika, observatorij, Newton, valna duljina, svjetlost, fizika

Povezani dodatci

3D modeli

Opća teorija relativnosti

Opća teorija relativnosti

U Newtonovoj fizici sustav prostora se ne mijenja. Neovisno o tome koji se fizički fenomen odigrava u njemu, sile - ukljućujući i gravitacijsku silu - pokreću samo tijela. S toga postoji apsolutno vrijeme i prostor koji su neovisni o bilo čemu. U Newtonovom modelu, planeti se gibaju u elipsama oko našeg Sunca.

Prema Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, gravitacija je krivulja prostorvremena koju uzrokuju tijela velike mase. Zbog toga ne postoji stalan, o nama neovisan prostor, kako tijela mijenjaju prostor oko sebe. Promatrajući sa vlastite točke motrišta, manja tijela se kreću ravnim putanjem, ali gledajući iz vana se kreću iskrivljenim putanjem.

Newtonov model je također podoban za određivanje većine putanja planeta, ali su Einsteinove formule točnije, na primjer predviđaju neprekidni pomak Merkurova putanja, dok Newtonov model to ne predviđa.

Gravitacijski val

Gravitacijski val

Ako se tijela velike mase ubrzavaju ili se gibaju putajući, onda se u prostorvremenu oko njih stvaraju pulsiranja koja se šire brzinom svjetla. To su gravitacijski valovi.

Ako gravitacijski val prolazi preko jedne točke prostora, tada se tamo na kratko vrijeme sabija i rasteže prostorvrijeme. Ove su promjene toliko male, da je otkrivanje istih bilo nemoguće prije LIGO-a. Najjači gravitacijski valovi se stvaraju pri spajanju crnih rupa. Tada se oslobađa takva količina energije u obliku gravitacijskih valova, da možemo ustanoviti da je taj proces - za sada - najintenzivnije oslobađanje energije u svemiru koji promašuje čak i energiju koja se emitira tijekom eksplozije zvijezda, to jest eksplozije supernova.

Mreža opservatorija LIGO

Mreža opservatorija LIGO

LIGO-ovi mjerni instrumenti su toliko osjetljivi da mogu opaziti i najslabije zemaljske vibracije koje uzrokuju zemljotres, gibanje valova oceana ili eksplozije. S toga, kako bi se stvarni signali koji dolaze iz svemira mogli razlikovati od zemaljskih zvukova, treba usporediti signale koji dospiju od različitih opservatorija postavljenih na udaljenosti od više tisuću kilometara jedan od drugog.

Druga prednost paralelnih mjerenja u više opservatorija je to da se na temelju vremenske razlike svemirskih signala može odrediti smjer izvora.

U početku su radila samo dva opservatorija, jedan u Louisiani, a drugi u saveznoj državi Washington. Međutim za točno određivanje izvora signala ove dvije postaje nisu bile dovoljne, pa se u drugoj polovici 2017. g. projektu priključio i opservatorij VIRGO u Italiji i s time je omogućeno točnije određivanje pristiglih signala.

opservatorij LIGO

Sustav opservatorija LIGO

U središnjoj zgradi se nalaze najvažniji dijelovi uređaja: izvor laserskih zraka, zrcala, detektori i računala za obradu signala.

U jedan na drugog okomita dva kraka koja se protežu iz središnje zgrade smještene su dvije vakumske cijevi kroz koje prolaze laserske zrake. Na kraju cijevi se nalazi po jedno ogledalo. Obrada podataka i dnevno 24-satno promatranje je moguće na bilo kojoj točki svijeta. Najveći dio znanstvenika koji sudjeluju u projektu LIGO, ne radi u opservatoriju.

Sustav

Kako funkcionira mjerenje?

Funkcioniranje LIGO-a (Lasersko interferometarski opservatorij za gravitacijske valove) se temelji na činjenici da kada gravitacijski val prolazi preko jedne točke prostora, tada se duljine na kratki trenutak mijenjaju. U jednom smjeru se povećavaju, dok se u drugom smjeru skraćuju.

Promjenu dužine dva kraka LIGO-a mjerimo sa interferometrom. Tijekom rada istog, jedan laserski snop se podijeli sa poluprozirnim ogledalom. Dva snopa prolaze preko dva horizontalna kraka instrumenta, te se sa ogledala na kraju krakova odbijaju, na kraju prolazeći poluprozirnim ogledala se ponovo spajaju, te se međusobno jačaju ili slabe, zavisno o razlici između dvije staze svjetlosnih zraka. Ako je razlika točno polovina valne duljine, tada se međusobno poništavaju, a ako je razlika točno jednaka valnoj duljini, tada se međusobno pojačavaju. Sa ovom metodom se mogu prikazati promjene duljina koje spadaju u raspon valne duljine svjetla. Što je dulja staza kojom laserski snop putuje pri mjerenju, s time je veća osjetljivost instrumenta. U interferometrima u Washingtonu i u saveznoj državi Lousiana, laserski snop prolazi tamo i nazad u cijevima duljine 4 km. Ako jedan gravitacijski val pređe preko opservatorija, tada promjena u duljini kraka od 4 km nije veća od jedne tisućinki promjera jednog protona, ali instrument je sposoban opazati već i ovu malu promjenu!

Kako funkcionira mjerenje?

Spajanje crnih rupa

Spajanje crnih rupa

Prvo provjereno opažanje LIGO-a se dogodilo 14. rujna 2015. g. Oba su opservatorija opazila slične signale, i oblik signala očišćen od buke se točno podudaro sa računalnim modelima predviđenim oblikom signala, koji nastaje kada se spajaju dvije crne rupe veličine 36 mase Sunca i 29 mase Sunca.

Opažanje je trajalo svega 0,2 sekundi. Signali dobro prikazuju kako se pojačao intenzitet i učestalost gravitacijskih valova u prostorvremenu, kako su dvije crne rupe kružile jedna oko druge postupno kraćim polumjerom sve do njihovog spajanja i signali su isčeznuli.

Crne rupe koje se spajaju su najsnažniji izvori energije za sada poznatog svemira. Snaga emitiranog gravitacijskog vala na vrhuncu događaja je dosegnula 3,6⋅10⁴⁹ W, što je 50 puta veće od sveukupne snage emitiranja svjetla svih zvijezda nama poznatog svemira.

Usporedivši jačinu pristiglih signala sa jačinom predvićenih signala, moguće je procijeniti udaljenost izvora signala, kako se valovi pri širenju kontinuirano slabe. U ovom slučaju, udaljenost je bila oko 1,4 milijardu svjetlosnih godina, što znači da se opaženi događaj desio skoro prije 1,4 milijardu godina, ali su gibanja valova stigla do naše Zemlje tek sada.

Animacija

Povezani dodatci

Fizičari koji su promijenili svijet

Ovi veliki znanstvenici imali su izniman utjecaj na razvoj fizike i znanosti.

Newtonovi zakoni gibanja

Animacija prikazuje tri zakona gibanja Sir Isaaca Newtona koji predstavljaju temelj cjelokupne mehanike.

Tipovi zvijezda

Animacija prikazuje proces razvoja zvijezda u slučaju prosječnih i masivnih zvijezda.

Karakteristični parametri zvučnih valova

Naš animacija prikazuje najvažnije parametre valova, pomoću zvučnih valova.

Vrste valova

Valovi imaju iznimno značajnu ulogu u više različitih područja našeg života.

Dopplerov efekt

Poznato je iskustvo da je ton izvora zvuka viši dok nam isti prilazi, a nizak dok se isti udaljava od nas.

Keplerov teleskop

Pomoću Keplerovog teleskopa tragamo za planete pogodne za život poput naše Zemlje, izvan Sunčeva sustava.

Keplerovi zakoni

Keplerovi zakoni opisuju gibanje planeta oko Sunca.

Mliječna staza

Promjer naše galaksije iznosi 100.000 svjetlosnih godina; u njoj se nalazi više od 100 milijardi zvijezda, jedna od njih je naše Sunce.

Opservatorij

Opservatoriji se često grade na visokim nadmorskim visinama kako bi se smanjili učinci atmosferske turbulencije.

Razvoj nebeske mehanike

Animacija prikazuje rad fizičara i astronauta, koji su imali velik utjecaj na sliku koja danas živi u nama o univezumu.

Svemirski teleskop Hubble

Na pogon svemirskog teleskopa Hubble ne utiču atmosferske promjene.

Zanimljive činjenice iz astronomije

Ova nam animacija prikazuje neke zanimljive činjenice iz područja astronomije.

Added to your cart.