» »

Kaj je gravitacijski šum in zakaj so znanstveniki tako vznemirjeni

Kaj je gravitacijski šum in zakaj so znanstveniki tako vznemirjeni

Green Bank Telescope

vir: Quanta Magazine
Slo-Tech - Ogromna skupina znanstvenikov z vsega sveta je obelodanila rezultate meritev, s katerimi so prišli doslej najbližje neizpodbitnemu dokazu o obstoju gravitacijskih valov z zelo velikimi valovnimi dolžinami - velikosti svetlobnih let. Gre za pojav, soroden gravitacijskim valovom, ki smo jih odkrili v prejšnjem desetletju, a vseeno toliko drugačen, da zahteva samosvoj način merjenja, z opazovanjem pulzarjev.

Pred osmimi leti smo bili priča enemu najbolj prelomnih dogodkov v opazovanju vesolja, dokazu obstoja gravitacijskih valov, ki so odprli povsem novo polje raziskovanja kozmičnih dogodkov. Napovedal jih je že Albert Einstein s splošno teorijo relativnosti pred več kot stotimi leti, toda ravno stoletje je trajalo, da smo jih ljudje znali dejansko pravilno zaznati. Gravitacijski valovi so gube v strukturi prostor-časa, oziroma vesolja, ki nastanejo ob pospeševanju velikih količin mase - na primer pri zlivanju manjših črnih lukenj. Gravitacijski valovi ob takšnih dogodkih imajo frekvenco med pet in 20.000 herci, oziroma valovno dolžino med nekaj deset in tisoč kilometri. Za njihovo zaznavanje uporabljamo lasersko interferometrijo, pri kateri z natančnimi laserskimi tipali ugotavljamo spremembo razdalje: ena "roka" takšnih detektorjev LIGO v ZDA denimo meri 4 kilometre.

Toda tudi spekter gubanja prostor-časa je veliko širši od zgoraj omenjenega, ki ga motrijo v Ligu ali evropskem observatoriju Virgo. Že v začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja so stekli projekti iskanja drugega tipa gravitacijskih valov, z zelo nizkimi frekvencami reda nanohercev, oziroma valovnimi dolžinami pri več svetlobnih letih. Leta 1983 sta namreč ameriška astronoma Ron Hellings in George Downs predlagala inovativno metodo za njihovo zaznavanje: merjenje sprememb v oddajanju milisekundnih pulzarjev. Pulzarji so tip nevtronske zvezde, ki periodično oddaja močan radijski signal, ker se sučejo okoli svoje osi in tako snop radijskega sevanja usmerijo proti Zemlji v enakomernih intervalih, kar je mogoče zaznati z radijskimi teleskopi. Nekateri se sučejo s silovito naglico, s frekvencami več sto ali tisoč hercev; pravimo jim milisekundni pulzarji in so pri svojem gibanju tako zelo konstantni, da so natančnejši od človeških atomskih ur in s tem odlični kozmični merilci časa. Ker so razstreseni vseokoli nas, jih je mogoče pridoma uporabiti za detektorje morebitnih sprememb v razdaljah, ki se odrazijo v zamikih sprejema njihovega signala. Tako smo v bistvu celotno galaksijo spremenili v en ogromen detektor!

Po svetu trenutno delujejo štiri pomembnejše kolaboracije, ki opazujejo milisekundne pulzarje (Pulzar Timing Arrays): najbolj ambiciozna je severnoameriška NANOGrav, s teleskopi, kot je Green Bank Telescope (na sliki) in tragično preminuli Arecibo; sledi evropska EPTA s petimi observatoriji v Nemčiji, Italiji, Franciji, na Nizozemskem in v Veliki Britaniji, ki je prve meritve opravljala že v devetdesetih; Avstralci s Parks Pulzar Arrayjem in pa najmlajši, Kitajci, z modernim gigantskim teleskopom FAST. Omeniti velja tudi Južnoafričane s teleskopom MeerKAT. Ekipe so sicer povezane tudi v organizacijo International Pulzar Timing Array, a si doslej še niso resno delile meritev. To pa se utegne kmalu spremeniti, kajti senzorji in metode očitno počasi na vseh koncih družno dosegajo raven, ko bo mogoče te velike nanoherčne gravitacijske valove naposled dokazati - ne gre pa spregledati tudi dejstva, da morajo tod meritve spričo zelo nizkih frekvenc trajati leta ali celo desetletja!

NANOGrav denimo opisane meritve obdeluje 15 let in letos so si prvič drznili naznaniti, da so verjetno zaznali nanoherčne gravitacijske valove. To pomeni: ne trdijo, da imajo neizpodbiten dokaz, saj še ne zadošča vsem strokovnim kriterijem, toda vse kaže, da do tega ni več daleč. Rezultate so popisali v štirih objavah v reviji The Astrophysical Journal Letters. Za kaj gre? Raziskovalci so tokrat uspeli ujeti dve značilnosti velikih gravitacijskih valov. Najprej popačenje signalov pulzarjev v smeri proti Zemlji. Kot drugo pa tudi značilno sozvočje parov pulzarjev, ki mu pravimo Hellings-Downsova krivulja in ki je posledica dejstva, da takšni gravitacijski valovi prihajajo od vsepovsod, oziroma prežemajo vesolje kot nekakšen "šum ozadja". Ravno vzorci Hellings-Downsove krivulje so doslej v rezultatih manjkali, tokrat pa so jih zaznale tudi druge kolaboracije, ki so prav tako lansirale lastne objave. Zanimivo je, da potrditev navajajo tudi Kitajci, čeprav meritve tečejo šele tri leta - a vendarle imajo na voljo FAST, ki je najbolj občutljiv radijski teleskop na svetu.

Če bomo v bližnji prihodnosti opisani gravitacijski šum res tudi dostojno potrdili, se naloge za astronome in astrofizike v bistvu šele prav pričenjajo - treba bo namreč ugotoviti, kaj so njihovi viri. Trenutno so glavni kandidat pari supermasivnih črnih lukenj, ki nastanejo, ko se združita dve galaksiji in posledično trčita tudi njuni galaktični jedri. Gre za zanimiv astrofizikalni problem, ker goli teoretični izračuni ne dajo gotove napovedi, da se lahko takšen par supermasivnih črnih lukenj dejansko združi. Dokaz obstoja nanoherčnih gravitacijskih valov in pa takšnih parov kot njihovih virov bi dokazal, da se lahko galaktična jedra med seboj zlijejo. Drug, prav tako nadvse zanimiv vir takšnih valov, bi bil lahko gravitacijski šum ozadja, ki izhaja iz zgodnjih časov vesolja, analogno kozmičnemu prasevanju v elektromagnetnem spektru. Obstoj takšnega "gravitacijskega pragubanja" bi bil za znanstvenike še posebno zanimiv, ker obeta, da bi se lahko zazrl še dlje v preteklost kot radijski teleskopi. Doslej znamo namreč gledati tam do obdobij okoli 400.000 let po velikem poku, ko se je velika juha ioniziranih plinov dovolj ohladila, da so nastali prvi atomi (in je nastalo prasevanje). Gravitacije pa naj takšen oblak teoretično ne bi motil.

Nekaj dodatnih odgovorov bi lahko dal evropski vesoljski gravitacijski observatorij LISA, ki naj bi poletel v prihodnjem desetletju. Zaznaval bo namreč spekter gravitacijskih valov med zgoraj opisanima skupinama, ki ju skušamo loviti danes. Med dogodke, ki bi jih LISA lahko ujela, pa sodijo tudi dejanska zlitja supermasivnih črnih lukenj.

16 komentarjev

Afo ::

Hvala avtorju za lepo opisan clanek.

Vsake tolko pride podobna novica, pa se oglasijo vaski Lojze in se sprasujejo kam gre davkoplacevalski dnar. Ker oni ze vejo kaj je pametno porabljen cekin. Pred par sto leti so se Lojze s polja sprasevali zakaj nekdo drgne volno in steklo in tako proizvaja staticno elektriko, in so se sprasevali zakaj ne gredo ti raziskovalci raje krompir okapat, ker je bilo takrat na svetu veliko lacnih ust. Le komu lahko elektrika kdaj koristi!?
A vidva Tech909 in keworkian vidita kako vzporednico?
Bolje biti mlad in neumen, kot samo neumen!

AgiZ ::

Hvala za dober članek.

yabuk ::

hah, @afo dober komentar. Zanimiv clanek

gus5 ::

Toda tudi spekter gubanja prostor-časa

Kako veš, da se guba prostor-čas? Morda se guba le prostor. Čas sploh obstaja?

Minkowski, Einsteinov profesor matematike, je prvi opisal čas kot geometrijski fenomen; beri: izumil je prostor-čas. Prostor-čas Minkowskega je "le" matematični fenomen, ne fizični noumenon. Ta matematični fenomen je Albert uporabil v splošni releativnostni teoriji, tj. vključil ga je v svoj opis gravitacijske interakcije. Gravitacija kot samostojna sila po mnenju Alberta sploh ne obstaja, kako ti veš, da obstajata prostor-čas & čas kot fizična noumenona?

Jarno ::

"Hitrost časa" bo imo nekoč ustrezno rigorozno definirana kot lastnost prostora, neke vrste prostorska napetost.
Torej, bolj je prostor napet, drugače poteka dinamika glede na "sproščen" prostor.
Neke vrste bandwidth, ki se razporeja glede na hitrost, gravitacijsko polje in še kaj.
Zato je izraz prostor-čas bolj globokoumen, kot mnogi predvidevajo.
#65W!

JanBrezov ::

gus5 je izjavil:

Kako veš, da se guba prostor-čas? Morda se guba le prostor. Čas sploh obstaja?

Tudi sam imam pomisleke, če čas po klasični definiciji res obstaja. Moje mnenje je, da je čas iluzija, ki jo doživljamo zaradi tega, ker imamo spomin. Po mojem obstaja eno samo kvantno stanje, ki se spreminja, ker je vesolje pač nestabilno. Ko se spremeni, prejšnje stanje ne obstaja več. Preteklost in prihodnost materialno ne obstajata, kar obstaja, je večni "zdaj".

Tukaj podajam še dve tezi:

1. Trenutno opaženo širjenje vesolja ni posledica velikega poka, ampak mega gravitacijskega valova, katerega valovna dolžina presega vidno vesolje. Zadevo opazimo kot širjenje, ker smo v fazi širjenja vala.
2. Vir nekaterih gravitacijskih valov bi lahko bila posledica uporabe "warp-drive" pogonov, saj ti širijo/krčijo prostor.

BT52 ::

JanBrezov je izjavil:

gus5 je izjavil:

Kako veš, da se guba prostor-čas? Morda se guba le prostor. Čas sploh obstaja?

Tudi sam imam pomisleke, če čas po klasični definiciji res obstaja. Moje mnenje je, da je čas iluzija, ki jo doživljamo zaradi tega, ker imamo spomin. Po mojem obstaja eno samo kvantno stanje, ki se spreminja, ker je vesolje pač nestabilno. Ko se spremeni, prejšnje stanje ne obstaja več. Preteklost in prihodnost materialno ne obstajata, kar obstaja, je večni "zdaj".


Seveda je čas naš konstrukt kako opisat dogajanje. Dvomim da fundamentalno lahko pozabimo nanj.

m0LN4r ::

Kok CO2ja bi lahko privarcevali, ce teh kilometerskih "radarjev" sploh nebi zgradili.
Sej vse kul, ampak ljudje smo v tem merilu dogodkov tako majni, da ko bo kaj koristi, bomo ze izumrli in se razvila nova rasa reptilijancev, ko bodo te radarje odkrivali njihovi arheologi pod vodo, kot "ancient civilisation" :))

Drugace pa ja lep clanek. Zdaj se naj samo dokazejo, da je gubanje vzrok za "segrevanje" pa jim doniram nekaj cekinckov.
https://ref.trade.re/38mvdvxm
Trade Republic 38MVDVXM

gus5 ::

BT52 je izjavil:

Seveda je čas naš konstrukt kako opisat dogajanje. Dvomim da fundamentalno lahko pozabimo nanj.
Zdi se, da vera v obstoj (tekočega) časa temelji v izkušnji dogodkovnih sosledij; primer: najprej prebereš članek, potem napišeš komentar. Iz sosledja dogodkov narediš "zdravo-razumski" (intuitiven) sklep o pred & potem, ki implicira nek pretečen čas. A interpretacije časa nimajo osnove le v subjektivni (osebni) izkušnji, v veliki meri so tudi priučene, zaznamovane z inkulturacijo. Različne kulture - različne ideologije (eonskega) časa. Po tradicionalni kitajski interpretaciji časa čas niha, po indijski kroži, nekatere kulture sploh ne poznajo (ideologije) časa, druge verjamejo v "večni zdaj". Zahodna ideologija časa (tj. neznanstvena vednost o času) pozna linearni čas (kulturni antropologi ugotavljajo, da so civilizacije/kulture/družbe z linearno interpretacijo časa obsedene z napredkom).

In kako je s časom v znanosti? Newtonovska fizika je v veliki meri kontaminirana z intuitivnim dojemanjem časa, interpretacija (prostor)časa, kot jo poda npr. Minkowski, pa ni podprta z dokazi, da je čas naravni noumenon.

Jarno ::

Poskusi čas odstraniti iz fizikalnih, statističnih...enačb in "uživaj" v nastalih skropucalih.
Brez časovne komponente tudi pojmi kot so frekvenca itd. nimajo uporabne definicije (adijo internet...).
Brez uvedbe času v teoretičnih modelih ne bo šlo, pa tudi praktična uporaba časa je nenadomestljiva.
Se ne izzide, ne v mikro in ne v makro modelih, sploh pa ne v vsakdanjem življenju.
Čas pač dojemaj kot inherentno metodo opisa dinamike določene pojavnosti na večih nivojih.
#65W!

reeves ::

gus5 je izjavil:

Kako veš, da se guba prostor-čas? Morda se guba le prostor

Time dilation.
Skupaj s prostorom se ukrivi tudi čas, kar je izmerljivo.

gus5 je izjavil:

Čas sploh obstaja?

Fizično ne.
Vemo pa da obstaja, ker drugače bi večina naših fizikalnih zakonov padla v vodo. Vključno z drugim zakonom termodinamike.

tigrr ::

če bi znali kriviti prostor čas (recimo z warp pogonom), kakšna bi bila uporabna vrednst tega ? če sploh kakršna koli stvar, sploh pa človek vožnje s takim pogonom verjetno ne bi mogel preživel ?

BT52 ::

Pa sej to je trik, da ne vemo... Dokler ne osvojiš bazičnega razumevanja potem tudi makro rešitev ne more biti.

husky1 ::

in gravitacija je še vedno samo teorija haha, keep trying...

gruntfürmich ::

Jarno je izjavil:

Poskusi čas odstraniti iz fizikalnih, statističnih...enačb in "uživaj" v nastalih skropucalih.
Brez časovne komponente tudi pojmi kot so frekvenca itd. nimajo uporabne definicije (adijo internet...)

če je hitrost EM valovanja končna in konstantna v 'prostoru-času', potem namesto časa definiramo število menjav + in - faze (oziroma verjetno je to že spin) v določeni razdalji 'prostora-časa'?
"Namreč, da gre ta družba počasi v norost in da je vse, kar mi gledamo,
visoko organizirana bebavost, do podrobnosti izdelana idiotija."
Psiholog HUBERT POŽARNIK, v Oni, o smiselnosti moderne družbe...

reeves ::

tigrr je izjavil:

če bi znali kriviti prostor čas (recimo z warp pogonom)

Recept imamo, samo ena sestavina manjka...negativna masa. Pa tudi, če jo najdemo bi rabili preveč energije za realizacijo.

tigrr je izjavil:

kakšna bi bila uporabna vrednst tega ?

Potovanje na skoraj neskončne razdalje v zelo kratkem času.

tigrr je izjavil:

sploh pa človek vožnje s takim pogonom verjetno ne bi mogel preživel ?

Dejansko sploh ne vemo kako bi to izvedli niti kako bi izgledalo.
Imamo en kup enačb, ki se izidejo (z negativno maso).

gruntfürmich je izjavil:

če je hitrost EM valovanja končna in konstantna v 'prostoru-času'

Da sploh lahko definiraš hitrost najprej potrebuješ čas.

gruntfürmich je izjavil:

potem namesto časa definiramo število menjav + in - faze (oziroma verjetno je to že spin) v določeni razdalji 'prostora-časa'?

Spin je lastnost nekaterih delcev.
Hitrost je konstantna, število menjav faze je pa frekvenca in ni konstanta.


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

Nobelova nagrada za fiziko 2017

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
188251 (6831) gus5
»

Einstein je imel prav: observatorij LIGO odkril gravitacijske valove! (strani: 1 2 )

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
9337362 (28774) Spajky
»

Gravitacijske valove zaznali že drugič

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
2411424 (9578) gus5
»

Začenja se nov lov na gravitacijske valove

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
97538 (5668) Markoff

Več podobnih tem