가장 큰 이름이 없지만 이벤트 GW150914 우주에 대한 우리의 이해 측면에서 매우 중요합니다. 이 이벤트는‘GW’를‘중력파’의 약어와 관찰 날짜 –15/09/14 - 인류의 첫 번째 중력파를 직접 탐지하는 이름으로‘GW’를 포함하는 이름을 가진이 행사
이것은 두 전선에서 획기적이었습니다. 첫째, 그것은 거의 1 세기 전에 Albert Einstein의 일반 상대성 이론 이론의 예측을 성공적으로 확인했습니다. 우주에서 발생하는 사건을 언급 한 예측은 단순히 공간을 날려가 아니라, 어떤 경우에는 실제로이 우주 직물을 통해 잔물결을 보낼 수 있습니다.
이 관찰의 두 번째 중요한 측면은 우주, 사건 및 대상을 '보는'전적으로 새로운 방법을 대표한다는 사실이었습니다. 우주를 조사하는이 새로운 방법은 완전히 새로운 형태의 천문학을 일으켰습니다. 멀티 미지 천문학. 이것은 전자기 스펙트럼에서 우주의 '전통적인'관찰을 중력파의 감지와 결합하여 이전에 우리에게 보이지 않는 물체를 관찰 할 수있게 해줍니다.
따라서 중력파의 발견은 우주에 완전히 새로운 창을 열었지만 중력파는 무엇인지, 그들이 그들을 만드는 물건에 대해 무엇을 드러내고, 우리가 현실 자체에서 그러한 작은 트럼블링을 어떻게 감지 하는가?
내용
- 1 중력파 :기본
- 2 이론적 토대
- 3 중력파는 어디에서 왔습니까?
- 4 중력파를 어떻게 감지합니까?
- 5 가지 종류의 중력파
- 6 연속 중력파
- 7 소형 이진 영감 중력파
- 8 확률 론적 중력파
- 9 천문학의 새로운 시대
- 9.1 출처 및 추가 읽기
중력파 :기본
- 중력파는 시공간 직물의 잔물결입니다.
- 이 잔물결은 빛의 속도로 소스에서 여행합니다.
- 중력파의 통과 스쿼시와 스트레치 공간 자체.
- 물체 사이의 거리에서 이러한 무한한 작은 변화를 측정하여 중력파를 감지 할 수 있습니다.
- 시공간 곡선을 곡선으로 만드는 객체 나 이벤트가 곡률을 변화시킬 때 생성됩니다.
- 중력파의 원인 중 중성자 별, 초신성 및 중력 붕괴가있는 별을 충돌하고 있습니다.
이론적 토대
호수 옆에 앉아 자연, 바람, 심지어 가장 작은 바람에 의해 방해받지 않은 물의 고요한 표면을 조용히 관찰한다고 상상해보십시오. 갑자기 작은 아이가 호수에 자갈을 던지는 것을 지나서 도망칩니다. 평온함은 순간적으로 산산조각이납니다. 그러나 평화가 돌아 오더라도 호수 중심에서 잔물결이 펼쳐지는 것을 보며 은행에 도달함에 따라 줄어든다.
호수의 표면은 시공간의 구조에 대한 느슨한 2D 비유이며, 조약돌은 두 개의 블랙홀의 충돌과 같은 사건을 나타내며, 지구의 우리의 위치는 은행의 잔디 칼날과 동일합니다. 
중력파는 1905 년 Henri Poincare에 의해 처음으로 빛의 속도로 전파되는 시공간 직물의 교란으로 처음 예측되었지만 물리학 자들이 개념을 압수하는 데 10 년이 더 걸릴 것입니다. 이것은 Albert Einstein이 그의 혁명적 인 1916 기하학적 중력 이론의 일환과 같은 현상을 예측했을 때 일반 상대성 이론으로 더 잘 알려져 있습니다.
이 이론은 질량이있는 물체가 시공간의 뒤틀림을 유발할 것이라고 제안하는 데 가장 잘 알려져 있지만, 가속 물체 가이 곡률을 바꾸고 공간을 통해 잔물결이 반향을 일으켜야한다는 것을 한 단계 더 발전시켰다. 시공간의 이러한 교란은 중력의 뉴턴 시야에서 허용되지 않았을 것입니다. 이는 우주의 사건이 단순히 재생되는 공간과 시간의 직물을 별도의 개체로 보았습니다.
그러나 아인슈타인의 유나이티드 시공간의 역동적이고 변화하는 단계에서 그러한 잔물결은 허용되었습니다.
중력파는 일반적인 상대성 이론의 핵심에서 텐서 방정식에 대한 파도와 같은 용액을 찾을 가능성에서 비롯되었습니다. 아인슈타인은 초 고밀도 중성자 별의 이진 시스템과 같은 거대한 몸체의 상호 작용에 의해 중력파가 생성되어야한다고 믿었습니다.
진실은 공간에서 그러한 잔물결이 어떤 가속도에 의해 가속화되는 객체에 의해 생성되어야한다는 것입니다. 그러므로 우리의 조사가 자연이 훨씬 더 거대한 물체를 제공하는 공간 영역으로 전환 해야하는 이유
이 잔물결은 모든 방향과 빛의 속도로 소스에서 바깥쪽으로 방출함에 따라 이벤트를 만든 이벤트 또는 대상에 대한 정보를 가지고 있습니다. 이것뿐만 아니라 중력파는 시공간 자체의 본질에 대해 많은 것을 말할 수 있습니다.
중력파는 어디에서 왔습니까?
지구상에서 엄청나게 정확한 장비로 감지 할 수있을 정도로 강력한 중력파를 발사 할 수있는 여러 이벤트가 있습니다. 이 사건들은 우주가 제공하는 가장 강력하고 폭력적인 사건 중 일부입니다. 예를 들어, 시공간에서 가장 강력한 기소는 아마도 블랙홀의 충돌로 인해 발생할 수 있습니다.
다른 충돌 사건은 강력한 중력파의 생산과 관련이 있습니다. 예를 들어 블랙홀과 중성자 별 사이의 합병 또는 두 개의 중성자 별이 서로 충돌합니다.
그러나 우주 신체가 항상 파도를 만들기 위해 파트너가 필요하지는 않습니다. 초신성 폭발을 통해 붕괴된다. 블랙홀과 중성자 별과 같은 별 남은자를 남기는 과정은 또한 중력파의 생성을 유발한다.
중력파가 어떻게 생성되는지 이해하기 위해 스펙트럼의 무선 영역에서 정기적 인 전자기 방사선의 펄스를 방출하는 두 개의 중성자 별의 펄서 - 이진 시스템을 보는 것이 유용합니다.
아인슈타인의 이론은 이와 같은 시스템이 중력파의 방출로 에너지를 잃어야한다고 제안합니다. 이는 시스템의 궤도 기간이 예측 가능한 방식으로 감소해야한다는 것을 의미합니다.
별은 상호 중력 매력에 저항하기 위해 시스템에 에너지가 적기 때문에 함께 그려지고 결과적으로 궤도가 속도가 높아 지므로 무선 파의 펄스가 짧은 간격으로 방출됩니다. 이것은 무선 웨이브가 우리의 시야를 직접 직면하는 데 걸리는 시간이 줄어들 것임을 의미합니다. 우리가 측정 할 수있는 것.
이것은 정확히 1974 년에 발견 된 Hulse-Taylor 시스템 (PSR B1913 ± 16)에서 관찰 된 것입니다. 이 관찰은 1993 년 노벨 물리학상 인 Princeton University의 Russell A. Hulse와 Joseph H. Taylor, Jr를 얻었습니다. 노벨위원회가 제공 한 이유는 다음과 같습니다.“새로운 유형의 펄서를 발견하기 위해 중력 연구를위한 새로운 가능성을 열었습니다.”
.불법적으로 인상적이고 중요한 과학적 업적이지만, 이것은 여전히 중력파에 대한 간접적 인 증거 일뿐입니다. 아인슈타인이 펄서의 스핀의 단축을 예측 한 효과는 확실히 존재했지만, 이것은 실제 직접적인 탐지가 아니었지만, 실제로이 순간적인 업적을 목격하기 위해 살아 있지는 않았지만, 아인슈타인은 이것이 우리가 중력 적 파도의 힌트를 얻을 수있는 유일한 방법이라고 예측했다. 위대한 물리학자는 그 시공간 잔물결이 너무 희미 해져서 그 당시 상상할 수있는 기술적 수단으로 감지 할 수 없을 것이라고 믿었습니다.
.다행히 아인슈타인은 틀렸다.
중력파를 어떻게 감지합니까?
실제로 중력파를 감지하면 엄청난 민감도의 장비가 필요하다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 중력파의 효과 (스쿼시 및 스트레칭 공간 자체)는 사전에 눈에 잘 띄는 것과 같은 사운드이지만,이 교란이 발생하는 정도는 너무 작아서 완전히 눈에 띄지 않습니다.
다행스럽게도, 작은 물리를 다루는 물리의 가지가 있습니다. 중력파를 발견하기 위해 연구원들은 간섭이라는 효과를 사용하여 가장 유명한 양자 물리학 실험에서 시연 된 것입니다. 이중 슬릿 실험.
물리학 자들은 레이저 간섭계가 공간의 작은 스쿼시와 스트레칭을 측정하는 데 사용될 수 있음을 깨달았습니다. 이것은 레이저를 나누고 간섭계의 팔을 통해 보낼 때 중력 파의 통과로 인한 공간을 압박하면 한 레이저가 다른 레이저보다 약간 앞서 도착할 수 있습니다. 따라서,이 도착 시간의 차이는 간섭을 유발하여 중력파가 팔 중 하나를 가로 질러 파문이되었음을 나타내는 간섭을 유발합니다.
그러나 레이저 간섭계는 아닙니다. 물리학자는 간섭계가 너무 커서 엔지니어링에서 합법적 인 업적을 구성해야합니다. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)에 들어갑니다.
Ligo Detector는 Hanford와 Livingstone Observatories에 기반을 둔 두 개의 레이저 이미 터를 사용하여 수천 킬로미터 떨어져있어 엄청나게 민감한 간섭계를 형성합니다. 이 방출기에서 레이저는 실제로 4km 길이의 진공 챔버 인 간섭계의 '팔'으로 보내집니다.
이것은 너무 민감한 시스템을 초래하여 원자 핵의 크기의 1/10,000만큼 작은 시공간 편차를 측정 할 수 있습니다. 이것을 천문학적 맥락에 넣는 것; 그것은 4.2 광년 거리에서 별을 발견하고 인간 머리의 너비 내에서 위치를 정확히 찾아내는 것과 같습니다! 이것은 과학 실험에서 실제로 시도한 가장 작은 측정을 구성합니다.
그리고 2015 년 에이 힘든 작전은 돈을 지불했습니다.
2015 년 9 월 14 일, 리고와 처녀 자리 협력은 태양의 질량의 29 배, 다른 36 배의 스타의 질량은 2 개의 블랙홀의 나선형과 최종 합병에서 나오는 중력파 신호를 발견했습니다. 신호의 변화로 인해 과학자들은 결과 단일 블랙홀을 관찰 할 수있었습니다. gw150914 라는 신호 , 중력파에 대한 첫 번째 관찰뿐만 아니라 인류가 처음으로 이진성 질량 블랙홀 시스템을 '보았다'고 대표하여 그러한 합병이 우주의 현재 시대에 존재할 수 있음을 증명했습니다.
.다른 종류의 중력파
중력파의 초기 탐지 이후, 연구원들은 일련의 중요하고 계시적인 탐지를 만들었습니다. 이들은 과학자들이 다양한 유형의 중력파와 그것들을 생성 할 수있는 물체를 분류 할 수있게 해주었다.
연속 중력파
중성자 별과 같은 단일 회전 거대한 대상은이 별의 구형 모양의 결함의 결과로 연속적인 중력파 신호를 유발하는 것으로 여겨집니다. 회전 속도가 일정하게 유지되면, 중력파도 방출됩니다. 단일 음표를 들고있는 가수와 매우 동일한 주파수와 진폭입니다. 연구자들은 신호 리고가 감지 된 신호가 사운드로 변환 된 경우 도착한 연속 중력파 소리에 대한 시뮬레이션을 만들었습니다.
중성자 별에 의해 생성 된 종류의 지속적인 중력파 소리는 아래에서들을 수 있습니다.
콤팩트 바이너리 영감 중력파
Ligo에 의해 감지 된 모든 신호는 지금 까지이 범주에 적합합니다.이 범주는 블랙홀이나 중성자 별과 같은 거대한 궤도 물체 쌍으로 생성 된 중력파 로서이 범주에 적합합니다.
소스는 세 가지 별개의 하위 범주에 적합합니다.
- 이진 블랙홀 (BBH)
- 이진 중성자 별 (BNS)
- 중성자 스타 블랙 홀 바이너리 (NSBH)
이러한 유형의 이진 페어링은 각각 고유 한 중력파 패턴을 생성하지만 동일한 전반적인 파동-생성 생성 메커니즘을 공유합니다. 이 과정은 수백만 년에 걸쳐 중력파가 시스템에서 에너지를 가져와 물체가 만나기 전까지 더 가까이서 더 가깝게 나선형으로 만듭니다. 이로 인해 물체가 더 빠르게 움직여 강도가 증가하는 중력파가 생성됩니다.
중성자 별 사이의 최종 합병의 '치어'는 음파로 번역되었으며 아래에서들을 수 있습니다.
확률 론적 중력파
Ligo조차도 정확하게 정확히 정확하게 정확하게 파도가 모든 방향에서 지구를 지나갈 수있는 작은 중력파는 항상 지구를 지나갈 수 있습니다. 이들은 임의의 특성으로 인해 확률 적 중력파로 알려져 있습니다. 이 확률 론적 신호의 적어도 일부는 빅뱅에서 유래했을 가능성이 높습니다.
결국 우리는이 신호를 감지 할 수 있다면, 광자가 공간을 자유롭게 이동하기 전에 어떤 전자기 신호보다 우주의 역사를 다시 볼 수있게 될 것입니다.
이 확률 론적 신호의 시뮬레이션 소리는 아래에서들을 수 있습니다.
우주의 다양한 물체와 사건이 다른 유형의 중력파 신호가 존재한다는 것을 고려할 가능성이 매우 높습니다. 이것은 그러한 신호를 감지하려는 퀘스트가 실제로 미지의 탐구라는 것을 의미합니다. 다행히도 우주를 탐험 할 수있는 우리의 능력은 중력파를 감지하는 능력으로 인해 엄청나게 향상되었습니다.
새로운 시대의 천문학
GW150914 1955 년에 사망 한 지 거의 60 년이 지난 아인슈타인의 가장 혁신적인 이론을 확인하면서 일반 상대성의 예측에 정확하게 부여되었습니다. 이것이 중력파가 우주에 대해 우리에게 가르치는 것을 의미하지는 않습니다. 사실, 시공간 의이 잔물결은 우리에게 우주를 볼 수있는 완전히 새로운 방법을 제공했습니다.
중력파가 발견되기 전에 천문학 자들은 전자기 방사선으로 칠해진 우주의 관점으로 제한되었으므로 우리의 관찰은 그 특정 스펙트럼에 국한되었습니다.
전자기 스펙트럼 만 사용하여 천문학 자들은 천문학적 몸과 심지어 우주 전자 레인지 배경 (CMB) 방사선, 초기 우주에서 첫 번째 사건 중 하나의 '유물'인 것을 발견 할 수있었습니다. 따라서 CMB는 우주가 빛에 투명하기 시작한 지점의 마커입니다.
그러나 전통적인 천문학은 우리가 우주에 대한 우리의 이해를 할 수 있었음에도 불구하고, 전자기 방사선의 사용은 심각하게 제한적이다. 그것은 우리가 빛이 탈출 할 수없는 블랙홀을 직접 볼 수 없도록 허용하지 않습니다. 또한 은하에서 우주의 총 질량의 약 85%를 차지하는 은하에서 우세한 형태의 물질 인 비 바이러스, 비 후생적 인 암흑 물질을 볼 수 없습니다. ‘비 후미’라는 용어가 암흑 물질이 전자기 스펙트럼과 상호 작용하지 않음을 암시하기 때문에 빛을 흡수하거나 방출하지 않습니다. 이것은 전자기 스펙트럼의 관찰만으로도 우주에서 문제의 대부분을 볼 수 없다는 것을 의미합니다.
분명히 이것은 문제입니다. 그러나 블랙홀과 암흑 물질이 상당한 중력 효과를 갖기 때문에 중력파 스펙트럼을 사용하여 피할 수있는 것.
중력파는 또한 전자기 방사선에 비해 또 다른 중요한 이점이 있습니다.
이 새로운 형태의 천문학은 이동파의 진폭을 측정하는 반면 전자기 파 천문학은 파동의 에너지를 측정하며, 이는 파동의 진폭에 비례합니다.
따라서 전통적인 천문학에서 물체의 밝기는 1/거리 ²로 주어지며 '중력 밝기'는 단지 1/거리만으로 떨어집니다. 이것은 별의 가시성이 전자기 스펙트럼에서 동일한 요인이 지속되는 것보다 훨씬 더 먼 거리에서 중력파에서 지속됨을 의미합니다.
.물론,이 중 어느 것도 중력파 천문학이 전통적인 전자기 스펙트럼 천문학을 '교체'할 것이라고 제안하는 것은 아닙니다. 사실 두 사람은 흥미 진진한 새로운 징계 - Multimessenger Astronomy에서 통일 될 때 가장 강력합니다
출처 및 추가 읽기
Maggiore. M., 중력파 :이론 및 실험, 옥스포드 대학 출판부, [2019]
Maggiore. M., 중력파 :천체 물리학 및 우주론, 옥스포드 대학 출판부, [2019]
콜린스. H., Gravity 's Kiss :중력파 감지, MIT Press, [2017]
ligo, 더 깊어보세요 [https://www.ligo.caltech.edu/page/look-deeper]
