Es ist das heiße neue Gebiet der modernen Astronomie. Die letzte Ankündigung des direkte Detektion von Gravitationswellen vom Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) läutet eine neue Ära der beobachtenden Astronomie ein, die vollständig außerhalb des elektromagnetischen Spektrums liegt. Diese Entdeckung erfolgte am 14. SeptemberNS, 2015 und später verdienten sich den Namen GW150914. Dies geschah kurz nach dem Einschalten von Advanced LIGO Anfang September, ein großes Zeichen für die Richtigkeit der Ausrüstung.
Erwarte, dass noch mehr kommt. Vielleicht wird der zweite Gravitationswellennachweis nicht so bahnbrechend sein wie der erste, aber es ist sicherlich ein seltsames Universum da draußen. LIGO ist nicht über Nacht passiert. Die ursprüngliche LIGO lief ab 2002 ungefähr ein Jahrzehnt lang, ohne dass ein Gravitationszirpen gehört wurde, das es schaffte, die wissenschaftliche Prüfung zu bestehen. Es gab tatsächlich Vegas-Chancen für den direkten Nachweis von Gravitationswellen (zusammen mit der Entdeckung des Higgs-Boson-Teilchens durch das CERN) im Jahr 2013: Wir hoffen, dass niemand sein Hemd dabei verloren hat.
Und ja, man könnte die Geschichte bis zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zurückverfolgen a vor Jahrhundert im Jahr 1916 , die die Existenz von Gravitationswellen im Gefüge der Raumzeit postuliert. Frühe Versuche, Gravitationswellen mit riesigen zylindrischen Weber-Barren in den 1960er und 70er Jahren zu detektieren, zeigten, wie schwierig sich die Jagd auf die kleinen Mistkerle letztendlich als schwierig erweisen würde. Die Art der Bewegung, die LIGO sucht, istsehr klein, in der Größenordnung von 1/1000NSder Durchmesser eines Protons. Alles in der lokalen Umgebung von LIGO erschüttert es noch mehr, der Hauptgrund dafür, dass zwei geografisch getrennte Detektoren benötigt werden. Der indirekte Nachweis von Gravitationswellen im Timing-Störungen von binären Pulsaren PSR B1913+16 brachte Russell Hulse und Joseph Taylor 1993 den Nobelpreis für Physik ein.
LIGO ist jetzt geöffnet, aber nicht das einzige Spiel in der Stadt, wenn es um Gravitationswellenastronomie geht.
Die Gravitationswellenastronomie wird international, da LIGO Indien (manchmal auch als . bezeichnet INDIGO ) erhielt kürzlich im Zuge der Erkennungsansage grünes Licht. Der dritte LIGO-Detektor wird voraussichtlich 2019 den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen und in Indien gebaut werden. Damit erhält LIGO den ursprünglich vorgesehenen „dritten Vektor“, der es den Forschern ermöglicht, die Quellenrichtung am Himmel zu bestimmen. Andere Detektoren sind ebenfalls auf der Jagd, darunter VIRGO bei Pisa, Italien, GEO600 in Deutschland und KAGRA Japan.
Relative Empfindlichkeiten, einschließlich LISA, LIGO und Advanced LIGO. Bildnachweis: Wikimedia Commons/Christopher Cole, Robert Berry, Christopher Berry
Ingenieure hören mit der aktuellen Version von LIGO nicht auf. So wie Advanced LIGO auf den harten Lektionen aufbaut, die das Original LIGO und Enhanced LIGO der alten Schule gelernt hat, werden spätere Versionen diese Fähigkeiten und Techniken mit noch größerer Sensibilität verfeinern.
LISA Pathfinder im Weltraum. Bildnachweis: ESA
LISA Pathfinder hat diese Woche auch den Wissenschaftsbetrieb aufgenommen. Gestartet am 3. Dezemberrd, 2015 aus Kourou, Französisch-Guayana, LISA Pathfinder erkennt keine Gravitationswellen. Es wird jedoch den Weg für einen vollwertigen weltraumbasierten Gravitationswellendetektor ebnen, der irgendwann in den 2030er Jahren auf den Markt kommen soll. Ja, es ist schwer vorstellbar, dass 2030 uns zeitlich näher ist als Y2K. eLISA steht für die weiterentwickelte Laser Interferometer Space Antenna und wird drei frei fliegende Varianten des LISA Pathfinder-Raumschiffs mit einer Interferometrie-Basislinie von einer Million Kilometern seitlich umfassen. Die Gold-Platin-Testmassen sind ab dieser Woche erstmals im freien Flug. eLISA entstand aus der ursprünglichen gemeinsamen NASA/ESA-LISA-Mission, nachdem sich die NASA 2011 aus dem Projekt zurückgezogen hatte. JAXA hat auch Pläne für einen weltraumgestützten Gravitationswellendetektor namens Deci-Hertz Interferometer Gravitational-wave Observatory (DECIGO), geplant für den Start irgendwann um 2027.
Die Vorstellung eines Künstlers über ein „Pulsarnetz“. Bildnachweis: David Champion/NASA/JPL
-Und schlussendlich; Könnten „Pulsarnetze“ verwendet werden, um niederfrequente Gravitationswellen zu erkennen? Es ist keine so abwegige Idee, wie es sich anhört. Eine aktuelle Studie des North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) untersucht die Verwendung von Radiobeobachtungen von Millisekundenpulsaren. Im Gegensatz zu dem von LIGO beobachteten gewalttätigen Ereignis – einer Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern mit jeweils etwa der 30-fachen Masse unserer Sonne – sollten niederfrequente Gravitationswellen erzeugt werden, indem massereiche Schwarze Löcher umkreist werden, die aus galaktischen Verschmelzungen resultieren. Eine solche Welligkeit in der Raumzeit würde langsam an der Erde vorbeistreichen, sich aber in winzigen Timing-Variationen von entfernten Pulsaren offenbaren. Stellen Sie sich die Erde im Zentrum eines solchen Netzes vor, die sanft wie ein Blatt auf einem Teich „schaukelt“, während Wellen vorbeiziehen. Diese verräterische Variation bei Hunderten von Pulsaren zu sehen, würde die rauchende Waffe für diese einzigartige Art der Erkennung liefern.
Alles tolle Sachen. Wir leben jetzt in einer Ära, in der die Gravitationswellenastronomie heute Realität ist.
Erwarten Sie weitere erstaunliche Funde!
