Gelombang Gravitasi Dari Jauh Dan Jauh, Jauh

[ad_1]

Setelah badai musim panas yang menerjang melalui cahaya bintang senja, angin hangat masih terus mengamuk, menyebabkan riak terbentuk di genangan berlama-lama di trotoar – sementara gadis kecil itu menyaksikan dengan heran. Riak di air mirip dengan riak di kain Ruang-waktu – kita menyebut ini riak gelombang gravitasi. Albert Einstein memprediksi keberadaan gelombang gravitasi pada tahun 1916 dalam bukunya Teori Relativitas Umum, dan riak-riak ini bergerak dengan kecepatan cahaya menembus Alam Semesta, membawa rahasia-rahasia aneh yang lama tersembunyi tentang kelahiran Ruang dan Waktu. Pada Februari 2017, tim astrofisikawan teoritis mengumumkan bahwa mereka telah menghitung sinyal spesifik Gelombang gravitasi sumber yang lahir hanya fraksi detik setelah awal Big Bang Alam Semesta hampir 14 miliar tahun yang lalu. Para ilmuwan mengusulkan bahwa asal-usul sinyal adalah fenomena kosmologis misterius yang telah lama hilang disebut oscillon.

Matematika Einstein menunjukkan bahwa benda-benda akselerasi besar – seperti biner bintang neutron dan lubang hitam, karena mereka saling mengorbit – akan campur aduk Ruang-waktu dengan cara yang dramatis sehingga "gelombang" Ruang terdistorsi akan menjauh dari sumber – seperti riak di genangan berlama-lama, yang ditinggalkan oleh hujan lebat setelah badai musim panas, memancar melalui genangan air. Kecepatan cahaya menetapkan sesuatu batas kecepatan universal. Tidak ada sinyal yang dikenal dapat melakukan perjalanan lebih cepat daripada cahaya melalui ruang hampa. Riak terbentuk dari gelombang gravitasi merambat melalui Spacetime dengan kecepatan cahaya, membawa serta informasi berharga tentang asal-usul bencana mereka sendiri – bersama dengan petunjuk tentang sifat misterius gravitasi itu sendiri.

Yang paling kuat gelombang gravitasi semua diciptakan oleh peristiwa-peristiwa bencana seperti jatuhnya bintang-bintang bintang yang meledak-ledak (supernova), penggabungan hantu bintang seperti padat bintang neutron atau katai putih, tabrakan keras lubang hitam, rotasi goyah bintang neutron yang tidak dalam bentuk bola sempurna, dan sisa-sisa peninggalan dari radiasi gravitasi primordial yang tersisa untuk menceritakan kisah kuno kelahiran Alam Semesta itu sendiri.

Meskipun Einstein meramalkan keberadaan gelombang gravitasi pada tahun 1915, tidak sampai 100 tahun kemudian bahwa keberadaan sejati mereka di alam benar-benar terbukti. Pada musim gugur 2015, detektor yang sangat sensitif menerima gelombang gravitasi yang telah diciptakan selama penggabungan kekerasan dua lubang hitam. Gelombang gravitasi tidak seperti gelombang yang dikenal lainnya. Sebagai gelombang gravitasi riak melalui Alam Semesta, mereka bergantian menyusut dan meregangkan kontinum ruang-waktu. Ini artinya itu gelombang gravitasi mendistorsi geometri dari struktur Ruang itu sendiri. Meskipun massa yang mempercepat memancarkan gelombang gravitasi, ini hanya dapat diukur ketika massa sangat besar – seperti itu, misalnya, dengan lubang hitam atau supernova.

Petunjuk kemungkinan menemukan gelombang Ruangwaktu ini ditemukan kembali pada tahun 1974, 20 tahun setelah kematian Einstein. Pada tahun itu, dua astronom, Dr. Russell Alan Hulse dan Dr. Joseph Hooton, Taylor, Jr., bekerja di Arecibo Radio Observatory di Puerto Rico mendeteksi a pulsar biner–sebuah duo peninggalan bintang kota yang sangat padat dan masif di orbit di sekitar satu sama lain. Itu pulsar biner telah diberi nama untuk dua penemunya (the Hulse-Taylor Biner), tetapi itu juga biasanya ditentukan PSR B1913 + 16.

Pulsar baru lahir bintang neutron–dan bintang neutron adalah hantu yang masih hidup dari bintang-bintang besar yang telah pergi supernova, meninggalkan cendera mata ini di belakang untuk menghantui Cosmos, menceritakan kisah tragis bintang-itu-itu adalah bintang-tidak-lebih. Segar muda pulsar terlahir dari tumpukan kayu bakar pemakan api supernova berapi-api bintang leluhur mereka, dan mereka berputar liar – memancarkan sinar cahaya yang begitu teratur mereka telah disamakan dengan balok dari mercusuar di Bumi.

PSR B1913 + 16 justru jenis sistem yang menurut Relativitas umum, harus mengirim riak yang terbentuk oleh gelombang gravitasi keluar ke Ruang Angkasa. Mengetahui bahwa penemuan ini pulsar biner sistem dapat digunakan untuk menguji prediksi Einstein, para astronom mulai mengukur bagaimana periode orbit bintang-bintang berubah seiring berjalannya waktu. Setelah hampir satu dekade pengamatan, ditentukan bahwa keduanya pulsar menari lebih dekat dan lebih dekat satu sama lain persis tingkat yang diprediksi oleh Relativitas umum. Ini pulsar Sistem sekarang telah diamati dengan hati-hati selama hampir setengah abad, dan perubahan yang diamati di orbit sangat sesuai dengan prediksi Relativitas umum, ada sedikit keraguan bahwa itu memancarkan gelombang gravitasi.

Sejak itu, banyak astrofisikawan telah mengamati waktu pulsar emisi radio dan memiliki hasil yang serupa. Ini semakin menegaskan keberadaan riak-riak ini dalam jalinan Spacetime.

Namun, hingga saat ini, konfirmasi ini selalu datang dari studi tidak langsung atau perhitungan matematis – dan bukan melalui observasi "fisik" yang diperlukan. Akhirnya, pada 14 September 2015, the LIGO Gravitational Wave Interferomenter langsung mengambil distorsi di Ruangwaktu yang dihasilkan dari perjalanan, beriak gelombang gravitasi. Riak ruang waktu ini diproduksi oleh duo menari dari lubang hitam bertabrakan yang terletak pada jarak yang luar biasa dari hampir 1,3 miliar tahun cahaya jauhnya! Tentu saja, penemuan ini akan tercatat dalam sejarah sebagai salah satu pencapaian terbesar dalam sains.

Gelombang gravitasi dapat mencapai Bumi, dari tempat mereka diciptakan, sebagai hasil dari peristiwa bencana di alam semesta terpencil. Pengamatan pertama dari eksistensi nyata mereka di alam membuka jendela baru yang belum pernah terjadi sebelumnya ke dalam rahasia kosmos yang disimpan dengan baik. Ini karena menyebarkan riak masa-waktu membawa mereka, selama perjalanan panjang mereka melalui alam semesta, informasi penting tentang asal-usul kekerasan mereka yang sebaliknya tidak dapat diperoleh oleh para ilmuwan dengan cara lain. Alasan untuk ini adalah itu gelombang gravitasi dapat mengakses wilayah Space yang gelombang elektromagnetiknya gagal dijangkau. Astrofisikawan sekarang dapat mengamati Alam Semesta dan banyak rahasianya yang terjaga dengan baik menggunakan gravitasi sebagai alat penting – juga cahaya. Gelombang gravitasi dapat memberikan para ilmuwan informasi yang sangat penting tentang benda-benda eksotis di daerah yang paling rahasia dan jauh dari Cosmos. Misalnya, lubang hitam tidak dapat diamati menggunakan metode yang lebih tradisional – seperti teleskop radio dan optik.

Karena itu, Gelombang gravitasi astronomi menyediakan metode berharga yang dapat digunakan para ilmuwan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana alam semesta kita yang aneh, indah, dan misterius beroperasi. Ini terutama berlaku bagi para kosmolog ilmiah karena gelombang gravitasi dapat memungkinkan mereka untuk mengamati rahasia gelap dan dalam dari alam semesta primordial. Ini tidak mungkin menggunakan metode konvensional karena, selama masa bayi kita di alam semesta, itu tidak tembus radiasi elektromagnetik. Selain itu, pengukuran yang tepat dari gelombang gravitasi dapat digunakan oleh para ilmuwan untuk menguji Einstein Teori Relativitas Umum. Dengan menggunakan gelombang gravitasi, astrofisikawan dapat mencapai pemahaman yang sangat baik tentang apa yang terjadi pada singularitas awal, yang diyakini telah melahirkan bayi Universe sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu.

Untungnya untuk penduduk Bumi, sementara asal-usul kekerasan gelombang gravitasi bisa menjadi destruktif katastropis, pada saat pengembaraan ombak akhirnya mencapai planet kita mereka jutaan kali lebih kecil dan kurang merusak. Memang, pada saat itu gelombang gravitasi, bepergian keluar dari duo lubang hitam menari, pertama kali ditemukan oleh LIGO, jumlah goyangan Ruangwaktu yang dihasilkan secara harfiah ribuan kali lebih kecil dari inti atom.

LIGO pada awalnya diusulkan sebagai cara baru untuk menemukan sangat sulit dipahami gelombang gravitasi kembali pada tahun 1980-an. Proposal ini pertama kali dibuat oleh Dr. Rainer Weiss, profesor fisika, emeritus di Massachusetts Institute of Technology (MIT); Dr Kip Thorne, yang Institut Teknologi California (Caltech's) Richard P. Feynman Profesor Fisika, emeritus; dan Dr. Ronald Drever, profesor fisika, emeritus, juga dari Caltech.

Indah, Wandering Waves

Sebagai pengembara Gelombang gravitasi melewati pengamat yang jauh, pengamat akan menyaksikan dengan heran ketika Ruangwaktu menjadi terdistorsi oleh efek aneh dari riak propagasi itu. Jarak yang ada di antara benda-benda bebas akan meningkat, dan kemudian menurun, dengan cara ritmik sebagai aneh gelombang membuat perjalanannya – dan ketika perjalanan itu melakukannya pada frekuensi yang sesuai dengan yang ada pada gelombang diri. Besarnya efek ini menurun berbanding terbalik dengan jarak dari sumber katastropik pengembaraan gelombang– Lahir dari peristiwa kekerasan seperti duo terkutuk saudari bintang neutron, yang sedang dalam proses menari semakin dekat dan dekat satu sama lain, dalam balet spiral yang aneh. Tarian ini berakhir ketika balerina saling meledakkan dan bergabung, di final grand finale dari balet kosmik bencana mereka. Sayangnya, karena jarak yang sangat jauh ke sumber asal ini, efek yang diukur oleh astrofisikawan di planet kita sendiri diprediksi cukup kecil.

Si kembar Laser Interferometer Observatorium Gelombang Gravitasi (LIGO) detektor berada di Livingston, Louisiana dan Hanford, Washington. Itu LIGO observatorium didanai oleh National Science Foundation (NSF), dan dioperasikan, dibangun, dan diciptakan oleh para ilmuwan di Caltech di Pasadena, California, dan MIT di Cambridge, Massachusetts.

Berdasarkan sinyal yang mereka deteksi, LIGO Para ilmuwan mengusulkan bahwa duo lubang hitam terkutuk, yang menyebabkan peristiwa bencana, adalah 29 dan 36 kali massa Matahari kita – dan bahwa tabrakan dramatis dan merger terjadi sekitar 1,3 miliar tahun yang lalu. Dipercaya bahwa sekitar tiga kali massa Bintang kita diubah menjadi beriak gelombang gravitasi hanya dalam sepersekian detik – dengan output daya puncak sebesar kira-kira 50 kali lipat dari seluruh Alam Semesta yang terlihat. Dengan mengamati waktu kedatangan sinyal, detektor di Livingston merekam peristiwa 7 milidetik sebelum detektor kembar di Hanford. Para ilmuwan berpikir bahwa peristiwa itu terjadi di belahan bumi selatan.

Menurut Relativitas umum, duo lubang hitam yang sial kehilangan energi saat dipancarkan gelombang gravitasi. Ini adalah alasan mengapa lubang hitam menari saling mendekat perlahan-lahan selama rentang waktu miliaran tahun yang panjang – dan kemudian berputar lebih cepat di kutukan mereka danse macabre di saat-saat terakhir dari tabrakan fatal mereka. Sebelum tindakan terakhir dari balet yang aneh ini, dalam pecahan kecil sedetik, ledakan duo tragis menjadi satu sama lain dengan setengah kecepatan cahaya. Hasil dari tabrakan katastropik ini adalah lubang hitam yang soliter dan jauh lebih besar – mengubah sebagian kecil dari gabungan massa lubang hitam menjadi energi, menurut formula Einstein yang terkenal. E = mc kuadrat. Energi dilepaskan sebagai ledakan dramatis, final, dan sangat kuat gelombang gravitasi–sangat gelombang gravitasi bahwa LIGO terdeteksi.

Gelombang Gravitasi Dari Jauh Dan Jauh, Jauh Jauh!

Pengembaraan gelombang gravitasi menawarkan para ilmuwan wawasan tentang kelahiran Semesta itu sendiri. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang alam semesta primordial, Profesor Stefan Antusch dan timnya dari Departemen Fisika di Universitas Basel di Swiss sedang melakukan penelitian tentang apa yang dikenal sebagai latar belakang stochastic dari gelombang gravitasi. Latar belakang ini terdiri dari gelombang gravitasi bepergian keluar dari banyak sumber yang saling tumpang tindih satu sama lain. Ketika disatukan, gelombang gravitasi latar belakang menyediakan spektrum frekuensi yang luas. Fisikawan yang berbasis di Basel menghitung rentang frekuensi dan intensitas yang diprediksi untuk riak waktu, yang akhirnya dapat diuji dalam eksperimen baru.

Segera setelah Big Bang, alam semesta yang kita amati saat ini sangat kecil – juga sangat padat dan panas membara. "Gambar sesuatu tentang ukuran sepakbola," kata Dr. Antusch pada 10 Februari 2017 Siaran Pers Universitas Basel. Seluruh alam semesta primordial dikompresi ke dalam ruang yang sangat kecil ini – dan itu sangat bergolak. Kosmologi ilmiah modern mengasumsikan bahwa, pada masa yang sangat purba itu, alam semesta didominasi oleh sebuah partikel yang dikenal sebagai inflaton dan bidang terkaitnya.

Itu inflaton mengalami fluktuasi yang sangat intensif, dan juga memiliki sifat khusus tertentu. Misalnya, inflaton bergabung bersama untuk menciptakan rumpun yang menyebabkan mereka berosilasi di wilayah ruang tertentu yang terlokalisasi. Wilayah-wilayah ini disebut oscillons, dan mereka dapat divisualisasikan di mata pikiran sebagai gelombang berdiri. "Walaupun oscillons sudah lama tidak ada lagi, gelombang gravitasi mereka memancarkan di mana-mana – dan kita dapat menggunakannya untuk melihat lebih jauh ke masa lalu daripada sebelumnya, "Dr. Antusch menambahkan.

Menggunakan simulasi numerik, fisikawan teoritis dan rekan-rekannya mampu menghitung bentuk oscillon's sinyal, yang dikirim hanya fraksi sedetik setelah Semesta lahir di Big Bang. Sinyal ini muncul sebagai puncak yang diucapkan dalam spektrum luas gelombang gravitasi.

Dr. Antusch menjelaskan pada 10 Februari 2017 Siaran pers Universitas Basel bahwa "Kami tidak akan berpikir sebelum perhitungan kami itu oscillons dapat menghasilkan sinyal yang kuat pada frekuensi tertentu. "

Sekarang, dalam langkah kedua, fisikawan eksperimental berencana untuk benar-benar membuktikan keberadaan nyata dari sinyal menggunakan detektor.

[ad_2]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *