Coșul dvs. este gol.

Cumpără

Cantitate: 0

Total: 0,00

0

Unde gravitaționale (observatorul LIGO)

Unde gravitaționale (observatorul LIGO)

Corpurile masive aflate în mișcare accelerată, produc în jurul lor fluctuații în curbura spațiu-timp, numite unde gravitaționale.

Fizică

Cuvinte cheie

undă gravitațională, Observatorul Ligo, gaură neagră, gravitație, interferență, fascicul laser, spațiu-timp, Einstein, teoria relativității, relativitate, stea neutronică, val, interfază, viteza luminii, astronomie, astrofizică, observator, Newton, lungime de undă, lumină, fizică

Suplimente asociate

Animații

Teoria generală a relativității

Teoria generală a relativității

În fizica newtoniană structura spațiului nu se schimbă. Indiferent de fenomenele fizice care au loc în spațiu, forțele, inclusiv forța gravitațională, pun în mișcare doar corpurile. Există deci un timp și spațiu absolut independent de observator. În modelul newtonian planetele se rotesc în jurul Soarelui pe o traiectorie eliptică.

Teoria generală a relativității a lui Einstein consideră gravitația drept o curbură spațiu-timp, cauzată de corpurile masive. Prin urmare nu există spațiu absolut, independent de observator, corpurile fiind cele care modifică spațiul din jurul lor. Observate din punctul lor de vedere, corpurile mai mici se mișcă pe o traiectorie dreaptă, dar observate din afară, traiectoria lor este curbată.

Și modelul newtonian este apt pentru a descrie cele mai multe orbite planetare, dar ecuațiile lui Einstein sunt mai precise. De exemplu acestea au anticipat deviația permanentă a orbitei planetei Mercur, în timp ce modelul lui Newton nu a anticipat-o.

Undă gravitațională

Undele gravitaționale

Corpurile masive aflate în mișcare accelerată sau în mișcare pe o traiectorie circulară, produc în jurul lor fluctuații în curbura spațiu-timp, care se propagă cu viteza luminii. Acestea se numesc unde gravitaționale.

Dacă o undă gravitațională trece printr-un punct al spațiului, în acel punct pentru scurt timp spațiul se scurtează și apoi se lungește.

Această modificare este foarte mică și detectarea ei a fost imposibilă înainte de LIGO. Cele mai puternice unde gravitaționale se formează odată cu fuziunea găurilor negre. În acest caz se eliberează o energie atât de mare sub forma undelor gravitaționale, încât se poate spune că acesta este cea mai intensă radiație de energie din Univers cunoscută până acum. Nici chiar exploziile supernovelor nu pot concura cu fuziunea găurilor negre.

Rețeaua de observatoare LIGO

Rețeaua de observatoare LIGO

Pentru a distinge semnalele de origine cosmică detectate de instrumentele de măsurare LIGO de vibrațiile terestre, este nevoie de compararea simultană a semnalelor detectate de mai multe observatoare aflate la mai multe mii de km distanță unele de altele.

Instrumentele de măsurare LIGO sunt atât de sensibile, încât pot detecta cele mai slabe vibrații terestre cauzate de exemplu de cutremure, valurile mării sau explozii.

Un alt beneficiu al măsurătorilor paralele în mai multe observatoare este că poate fi determinată direcția surselor semnalelor cosmice, bazându-se pe diferențele de fus orar dintre detectarea semnalelor.

La început funcționau doar două observatoare LIGO, unul în Louisiana și celălalt în statul Washington. Pentru stabilirea direcția sursei semnalului, acestea nu erau suficiente. În cea de-a doua parte a anului 2017 proiectului LIGO i s-a alăturat observatorul VIRGO din Italia, astfel încât a devenit posibilă stabilirea cu mai mare acuratețe a direcției semnalelor detectate.

Observator LIGO

Structura observatorului LIGO

Cele mai importante părți componente ale instrumentului de măsurat se află în clădirea centrală: sursa de lumină laser, oglinzile, senzorii și computerele care procesează semnalele.

Din clădirea centrală pornesc două brațe perpendiculare unul pe celălalt în care se află câte un tub vidat prin care trece fasciculul laserului. La capetele tuburilor se află câte o oglindă. Evaluarea datelor și supravegherea permanentă poate fi efectuată din orice punct de pe glob. Oamenii de știință care sunt implicați în proiectul LIGO nu lucrează în observator.

Structura

Cum sunt efectuate măsurătorile?

Funcționarea observatorului LIGO (Observatorul Interferometru Laser de Unde Gravitaționale) este bazată pe faptul că în momentul în care unda gravitațională trece printr-un punct al spațiului, în acel punct lungimile se modifică pentru un moment. Într-o direcție lungimile se alungesc, iar în alta se scurtează.

Distorsiunile apărute în lungimea celor două brațe LIGO sunt măsurate cu interferometru. Un fascicul de laser este despărțit în două cu ajutorul unei oglinzi semitransparente. Cele două raze străbat brațele perpendiculare unul pe celălalt până la oglinzile din capete. Ele sunt reflectate de oglinzi și se întorc până la oglinda semitransparentă unde se unesc intensificându-se una pe cealaltă sau diminuându-se în funcție de diferențele dintre traiectoriile parcurse. Dacă diferența dintre traiectoria parcursă este exact jumătate din lungimea de undă, ele se pot anula una pe cealaltă, dar dacă diferența este egală cu lungimea de undă, amplitudinea razei rezultate este dublă față de cea a razei inițiale.

Cu această metodă se pot stabili diferențele de lungime apărute în intervalul lungimii de undă a luminii. Cu cât lungimea traiectoriei parcurse de fascicolul de laser este mai mare, cu atât cu atât sensibilitatea instrumentului este mai mare. În interferometrele din Louisiana și statul Washington, fascicolul de laser parcurge 4 km în fiecare din brațele instrumentului. Dacă o undă gravitațională traversează cele două brațe, lungimea traiectoriei este modificată cu a mia parte din diametrul unui proton, dar instrumentul este apt să detecteze să detecteze modificarea.

Cum se fac măsurătorile?

Fuziunea găurilor negre

Fuziunea găurilor negre

Prima detectare autentificată a LIGO a avut loc în 14 septembrie 2015. Ambele observatoare au detectat semnale similare și forma de undă purificată de alte vibrații a corespuns exact formei de unde anticipate de modele de pe computer, ceea ce apare atunci când o gaură neagră cu masa de 36 de ori mai mare decât a Soarelui fuzionează cu o gaură neagră cu masa de 29 de ori mai mare decât a Soarelui.

Detectarea a durat în total 0,2 secunde. Semnalele au arătat cum s-au format unde din ce în ce mai intense și mai frecvente în spațiu-timp, pe măsură ce cele două găuri negre s-au rotit una în jurul celeilalte în cercuri cu raza din ce în ce mai mică, până la fuzionarea lor, ceea ce a dus la estomparea semnalelor.

Fuzionarea găurilor negre este cea mai mare sursă de energie cunoscută din Univers. Puterea undelor gravitaționale a atins în punctul maxim 3,6×10⁴⁹ wați, ceea ce înseamnă de 50 de ori mai mult decât puterea combinată a luminii radiate de toate stelele din universul observabil.

Comparând puterea semnalelor detectate cu puterea estimată a semnalelor, s-a putut estima că distanța sursei semnalelor a fost de 1,4 miliarde ani lumină. Acest lucru înseamnă că fenomenul detectat a avut loc cu 1,4 miliarde de ani în urmă dar undele sale gravitaționale au ajuns pe Pământ doar acum.

Animație

Narațiune

În fizica newtoniană structura spațiului nu se schimbă, indiferent de fenomenele fizice care au loc în acesta. Există deci un timp și spațiu absolut independent de observator. Teoria generală a relativității a lui Einstein consideră gravitația drept o curbură spațiu-timp, cauzată de corpurile masive. Prin urmare, nu există spațiu absolut, corpurile fiind cele care modifică spațiul din jurul lor.

Corpurile masive aflate în mișcare accelerată sau în mișcare pe o traiectorie circulară, produc în jurul lor fluctuații în curbura spațiu-timp care se propagă cu viteza luminii. Acestea se numesc unde gravitaționale. Când o undă gravitațională trece printr-un punct al spațiului, determină scurtarea lungimilor pentru un timp foarte scurt, iar mai pe urmă alungirea acestora. Aceste modificări sunt foarte mici și detectarea lor nu a fost posibilă înainte de LIGO.

Cele mai puternice unde gravitaționale se formează odată cu fuziunea găurilor negre. În acest caz, se eliberează o energie atât de mare sub forma undelor gravitaționale, încât se poate spune că aceasta este cea mai intensă radiație de energie din Univers cunoscută până acum.

Instrumentele de măsurare LIGO sunt atât de sensibile, încât pot detecta cele mai slabe vibrații terestre cauzate de exemplu de cutremure, valurile mării, explozii, etc. Pentru a distinge semnalele de origine cosmică detectate de instrumentele de măsurare LIGO de vibrațiile terestre, este nevoie de compararea simultană a semnalelor a mai multor observatoare aflate la mai multe mii de km distanță unele de altele.

La început funcționau doar două observatoare LIGO, unul în Louisiana și celălalt în statul Washington. În cea de-a doua parte a anului 2017 proiectului LIGO i s-a alăturat observatorul VIRGO din Italia.

Cele mai importante părți componente ale instrumentului de măsurat se află în clădirea centrală: sursa de lumină laser, oglinzile, senzorii și computerele care procesează semnalele. Din clădirea centrală pornesc două brațe perpendiculare unul pe celălalt cu lungimea de 4 km în care se află câte un tub vidat prin care trec razele de laser. La capetele tuburilor se află câte o oglindă.

Funcționarea observatorului LIGO este bazată pe faptul că în momentul în care unda gravitațională trece printr-un punct al spațiului, acolo lungimile se modifică pentru un timp foarte scurt. Într-o direcție se alungesc iar în alta se scurtează. Diferențele apărute în lungimea celor două brațe LIGO sunt măsurate de un interferometru. În timpul acestui proces, un fascicul de laser este despărțit în două cu ajutorul unei oglinzi semitransparente. Cele două raze străbat brațele perpendiculare unul pe celălalt până la oglinzile din capete. Ele sunt reflectate de oglinzi și se întorc până la oglinda semitransparentă unde se unesc, intensificându-se una pe cealaltă sau diminuându-se în funcție de diferențele dintre traiectoriile parcurse.

Cu această metodă se pot stabili diferențele de lungime apărute în intervalul lungimii de undă a luminii. Cu cât lungimea traiectoriei parcurse de raza de laser este mai mare, cu atât sensibilitatea instrumentului este mai mare. Dacă o undă gravitațională traversează cele două brațe, lungimea traiectoriei de 4 km este modificată cu a mia parte din diametrul unui proton, dar instrumentul este apt să detecteze modificarea.

Prima detectare autentificată a LIGO a avut loc la 14 septembrie 2015. Semnalele detectate au fost emise în timpul fuziunii a două găuri negre, cu masa de 36, respectiv 29 de ori mai mare decât cea a Soarelui. Detectarea a durat în total 0,2 secunde. Semnalele au arătat cum s-au format unde din ce în ce mai intense și mai frecvente în spațiu-timp, pe măsură ce cele două găuri negre s-au rotit una în jurul celeilalte în cercuri cu raza din ce în ce mai mică, până la fuzionarea lor, ceea ce a dus la estomparea semnalelor.

Comparând puterea semnalelor detectate cu puterea estimată a semnalelor, s-a putut estima că distanța sursei semnalelor a fost de 1,4 miliarde ani lumină. Acest lucru înseamnă că fenomenul detectat a avut loc cu 1,4 miliarde de ani în urmă dar undele sale gravitaționale au ajuns pe Pământ doar acum.

Suplimente asociate

Fizicieni care au schimbat lumea

Munca acestor extraordinari fizicieni a avut un impact uriaș asupra dezvoltării științei fizicii.

Legile mișcării ale lui Newton

Animația prezintă cele trei legi ale mișcării ale lui Newton care au revoluționat fizica.

Tipuri de stele

Această animație prezintă procesul de dezvoltare a stelelor pentru stele de mărime medie și mare.

Parametrii undelor sonore

Animația explică cei mai importanți parametri ai undelor pornind de la undele sonore.

Tipuri de unde

Undele joacă un rol extrem de important în multe aspecte ale vieții noastre.

Calea Lactee

Galaxia noastră are un diametru de 100 000 de ani-lumină. Soarele este una dintre cele peste 100 de miliarde de stele ale Căii Lactee.

Efectul Doppler

Este binecunoscut faptul că sunetul unei surse de sunet care se apropie este mai înalt decât sunetul unei surse care se îndepărtează.

Evoluția mecanicii cerești

Animația prezintă activitatea științifică a astronomilor și fizicienilor ale căror cercetări au influențat imaginea noastră despre univers.

Legile lui Kepler

Cele trei legi care descriu mișcările planetelor în jurul Soarelui au fost enunțate de astronomul german Johannes Kepler.

Observator astronomic

Observatoarele sunt adesea construite la înălțimi mari pentru a minimaliza efectele turbulențelor atmosferice.

Telescopul spațial Hubble

Telescopul spațial Hubble orbitează în afara atmosferei terestre, din acest motiv imaginile luate de acesta nu sunt perturbate de turbulențele atmosferice.

Telescopul spațial Kepler

Telescopul spațial Kepler a fost lansat de NASA pentru a descoperi planete de tipul Pământului, care se învârt în jurul altor stele.

Curiozități din astronomie

Animația prezintă câteva dintre curiozitățile sistemului nostru solar.

Added to your cart.