Domanda:
Come può LIGO rilevare ancora le onde gravitazionali?
Markinson
2017-01-10 22:33:59 UTC
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Stavo guardando questo video di Veritasium (nota: non ho molte conoscenze di fisica).A quanto ho capito, a LIGO rilevano le onde gravitazionali che sono state generate dalla collisione dei due buchi neri.Come possono ancora misurare queste onde se l'energia che misurano è stata rilasciata era solo l'ultimo decimo dei secondi della fusione dei buchi neri (come ho capito dal video)?Per quanto ho capito, ciò significherebbe che c'è un solo picco che possono misurare, che è quel decimo di secondo, ma il loro esperimento sembra durare molti anni e hanno fatto molte misurazioni.Com'è possibile se la collisione finale è stata così breve?Allora cosa misurano realmente?

Edit

Fondamentalmente la mia domanda si riduce a: era una "possibilità unica nella vita" di misurare le onde?Sono rimasti seduti lì ad aspettare il momento esatto e poi hanno fatto una misurazione?Non è qualcosa che possono misurare tutti i giorni?

Stanno vedendo più collisioni BH.
Hai ragione;l'obiettivo di rilevare tali eventi è osservare un segnale lungo ~ 0,1 secondi ogni pochi mesi.La vera sfida, però, è avere l'attrezzatura per poter rilevare qualsiasi evento.In termini fisici, 0.1s è un'eternità.
Scrivi "il loro esperimento sembra durare molti anni".Il punto qui è che i rilevatori sono stati migliorati nel 2015, quindi solo ora siamo sensibili a questi segnali che hanno attraversato la Terra inosservati.In effetti, il primo rilevamento è avvenuto subito dopo l'aggiornamento, il 14 settembre 2015.
e un aumento della sensibilità corrispondente a un aumento della distanza di un fattore x darà loro accesso a un volume maggiore di x ^ 3.Supponendo che gli eventi che portano a un'emissione rilevabile di onde gravitazionali siano distribuiti uniformemente nello spazio, ciò corrisponde a un aumento delle "possibilità" di vedere eventi gravitazionali dello stesso fattore x ^ 3.
I tentativi di rilevare le onde gravitazionali sono iniziati più di 30 anni fa.Solo con questo ultimo kit è diventato abbastanza sensibile da rilevarli.Hanno scoperto la prima ondata entro poche ore da quando è diventata operativa (storia interessante), e ora sono stati visti molti di questi eventi.Ho tenuto una conferenza sul mio lavoro dai Profs - cose interessanti.C'è di più in arrivo!
"* Sono rimasti seduti lì ad aspettare il momento esatto e poi hanno fatto una misurazione? *" - no, hai capito male.Non hanno astronomi che dicono loro quando si verificherà una collisione, quindi accendono le loro apparecchiature e cercano di misurarla.(Anche gli astronomi non lo sapranno prima di poterlo vedere).Invece, hanno lo strumento di misura in funzione per mesi e poi guardano i dati per trovare un modello: Oh, questa piccola oscillazione sembra che ci sia stata una collisione di un buco nero.
@PhilipOakley sarebbe più preciso dire che Advanced LIGO è la prima versione del sistema abbastanza sensibile da rendere il rilevamento previsto.La precedente iterazione del sistema - ~ 3-4 volte meno sensibile - è stata eseguita per diversi anni prima di essere arrestata per gli aggiornamenti.27-64 volte meno probabilità di effettuare un rilevamento rispetto a un tasso di rilevamento implicito di diverse volte all'anno per A-LIGO significava che le probabilità erano contro un rilevamento nella corsa precedente;ma meno delle probabilità che A-LIGO effettui un rilevamento entro poche ore dall'attivazione iniziale.
La ricerca di una sorgente CW da una stella di neutroni in rapida rotazione (dalle `` montagne '' alte diversi metri che dovrebbero trovarsi sulla sua superficie) o da un binario buco nero pre-fusione nelle vicinanze è simile se siamo fortunati (e ce neistanze note) rispetto a meno che la fisica non sia diversa dalle probabilità di rilevamento previste quando si confrontano i sistemi di generazione precedente e corrente.Con l'avvertenza che per trovare un segnale CW è necessario un [grande processo di riduzione dei dati di dimensioni di un super computer] (https://einsteinathome.org/) non un Eureka!e la sfortuna potrebbe ritardare il successo degli strumenti di prossima generazione.
Vale la pena vedere questo https://www.youtube.com/watch?v=iphcyNWFD10
C'è un secondo video Veritasium che risponde alla tua domanda: https://www.youtube.com/watch?v=ViMnGgn87dg.Fondamentalmente, hanno costruito la cosa e entro la prima ora dall'accensione hanno rilevato l'onda.Ovviamente gli scienziati e gli ingegneri non potevano crederci davvero, quindi aspettarono ancora qualche mese.Poi, quando non si è presentato nient'altro, si sono sospettati che l'onda registrata fosse un falso.Così lo hanno esaminato ed hanno eliminato tutte le altre spiegazioni e lo hanno pubblicato.Fondamentalmente, erano VERAMENTE FORTUNATI
Tre risposte:
John Rennie
2017-01-10 22:46:05 UTC
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Questi sono i dati registrati dalla prima fusione di buchi neri:

Black hole merger

La figura è tratta da questo documento della collaborazione LIGO. Un PDF dell'articolo è disponibile qui.

Il segnale rilevabile è durato circa 0,1 di secondo, ma i buchi neri orbitavano l'un l'altro così velocemente che durante quel periodo hanno completato una decina di orbite. Fondamentalmente ogni oscillazione nei dati è un'orbita.

I dati danno immediatamente la velocità di decadimento dell'orbita quando i buchi neri si fondono e l'ampiezza con cui vengono emesse le onde gravitazionali, oltre a molte altre informazioni nascoste nei dettagli. Questo è abbastanza facilmente per confermare che si trattava di una fusione di buchi neri e per misurare le masse dei buchi neri coinvolti.

Ogni coppia di buchi neri si fonde solo una volta, quindi questo è stato il primo e l'ultimo segnale rilevato da quella particolare coppia di buchi neri. Tuttavia, l'universo è un posto grande e contiene molti binari di buchi neri, quindi ci aspettiamo che le fusioni di buchi neri avvengano regolarmente. LIGO ha già rilevato tre fusioni. Il primo (mostrato sopra) il 14 settembre 2015, quindi un secondo possibile rilevamento (con un livello di confidenza basso) nell'ottobre 2015 e quindi un terzo rilevamento dell'impresa il 26 dicembre 2015.

LIGO ha preso una pausa per aumentare la sua sensibilità, ma ora sta funzionando di nuovo. Come stima approssimativa, ci aspettiamo che rilevi una fusione intorno a una al mese, ovvero all'incirca una volta al mese un buco nero binario si fonderà da qualche parte nella regione dell'universo che si trova entro i limiti di rilevamento di LIGO.

Non sappiamo in anticipo dove e quando avverrà una fusione, quindi è solo questione di aspettare che ne accada una abbastanza vicina da essere rilevata.

Quindi, da quanto ho capito, questa è stata davvero una specie di misurazione "una volta nella vita"?C'era solo un tentativo che potevano fare, e se diciamo che c'era un errore di sistema, era tutto per niente?
@Derp: ovviamente non avremo più informazioni dai due buchi neri che si sono ora fusi, ma ci sono molti altri buchi neri che si fondono nell'universo.Dal primo rilevamento ci sono stati altri due rilevamenti di fusione di buchi neri sebbene uno fosse al limite.Quando LIGO funziona al massimo delle prestazioni, ci aspettiamo circa un rilevamento al mese (stima molto approssimativa).
@Derp Ci sono più di due buchi neri nell'universo.
@JohnRennie: Penso che il tuo commento sia stato davvero la risposta a questa domanda, e la tua risposta è stata davvero un commento a questa domanda ...
@Mehrdad: Vedo che Derp ha modificato la domanda, quindi ho esteso la mia risposta per rispondere.
@Mehrdad che in realtà è vero haha
Aspetta solo che l'ESA finisca l'eLISA.Tre piccoli satelliti che seguono l'orbita terrestre ciascuno di 1 milione di chilometri di distanza, formando un interferometro di Michelson.Questo ci darà capacità di triangolazione a 360 ° con molta, molta più sensibilità rispetto a LIGO, a condizione che funzionino.
user3394040
2017-01-11 00:14:52 UTC
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Hai ragione nel dire che stanno osservando un evento una volta nella vita (il tempo della vita del buco nero).Ma ci sono molti buchi neri, quindi pochi di questi eventi possono essere rilevati entro un anno da LIGO.

La prima osservazione annunciata è stata il 14 settembre 2015, mentre la seconda osservazione è stata il 26 dicembre 2015.

Come [ha detto Lawrence Krauss] (https://www.goodreads.com/author/quotes/1410.Lawrence_M_Krauss) "l'universo è grande e vecchio e, di conseguenza, eventi rari accadono continuamente."
Se potessi contrassegnare due risposte come accettate, contrassegnerei anche la tua poiché hai risposto anche a una delle mie domande.
Ebbene, una volta nella vita di una particolare coppia di buchi neri.Il buco unito potrebbe quindi fondersi con un altro buco, quindi un altro, ecc.
Jens
2017-01-11 18:12:09 UTC
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Per rispondere a questa parte della tua domanda,

Per quanto ho capito, ciò significherebbe che c'è un solo picco che possono misurare, ovvero quel decimo di secondo

No, ci sono tra 4 e 5 picchi in quell'arco di tempo di 0,1 secondi tra 0,3 e 0,4 s.I buchi neri orbitavano intorno al loro centro di gravità diverse dozzine di volte al secondo appena prima della fusione.(Credo che sia la metà della frequenza dell'onda nei diagrammi mostrati da John Rennie; per favore correggimi se sbaglio.)

Sì, la frequenza GW è il doppio della frequenza orbitale.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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