Untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah mengamati riak dalam struktur ruang-waktu yang disebut gelombang gravitasi, tiba di Bumi dari peristiwa bencana besar di alam semesta jauh. Ini menegaskan prediksi utama 1915 teori umum Albert Einstein relativitas dan membuka jendela baru belum pernah terjadi sebelumnya ke kosmos.
gelombang gravitasi membawa informasi tentang asal-usul dramatis mereka dan tentang sifat gravitasi yang tidak dapat dinyatakan diperoleh. Fisikawan telah menyimpulkan bahwa gelombang gravitasi terdeteksi diproduksi selama fraksi akhir dari kedua penggabungan dua lubang hitam untuk menghasilkan, lebih besar lubang hitam tunggal berputar. Tabrakan ini dua lubang hitam telah diprediksi tetapi tidak pernah diamati.
Gelombang gravitasi terdeteksi pada 14 September 2015 05:51 Eastern Daylight Time (09:51 UTC) oleh kedua kembar Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detektor, yang terletak di Livingston, Louisiana, dan Hanford, Washington , USA. The LIGO Observatorium yang didanai oleh National Science Foundation (NSF), dan yang dikandung, dibangun, dan dioperasikan oleh Caltech dan MIT. Penemuan, diterima untuk diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters, dibuat oleh Kolaborasi LIGO Ilmiah (yang mencakup Kolaborasi GEO dan Australian Consortium for Interferometric gravitasi Astronomi) dan Kolaborasi Virgo menggunakan data dari dua detektor LIGO.
Berdasarkan sinyal yang diamati, para ilmuwan LIGO memperkirakan bahwa lubang hitam untuk acara ini sekitar 29 dan 36 kali massa matahari, dan acara berlangsung 1,3 miliar tahun yang lalu. Sekitar 3 kali massa matahari diubah menjadi gelombang gravitasi dalam sepersekian detik - dengan output daya puncak sekitar 50 kali dari alam semesta terlihat utuh. Dengan melihat pada saat kedatangan sinyal - detektor di Livingston mencatat acara 7 milidetik sebelum detektor di Hanford - ilmuwan dapat mengatakan bahwa sumber terletak di belahan bumi selatan.
Menurut relativitas umum, sepasang lubang hitam mengorbit sekitar satu sama lain kehilangan energi melalui emisi gelombang gravitasi, menyebabkan mereka untuk secara bertahap mendekati satu sama lain selama miliaran tahun, dan kemudian jauh lebih cepat di menit akhir. Selama fraksi akhir dari kedua, dua lubang hitam bertabrakan satu sama lain di hampir setengah kecepatan cahaya dan membentuk lubang hitam tunggal lebih besar, mengkonversi sebagian dari massa lubang hitam gabungan 'untuk energi, menurut Einstein rumus E = mc2. Energi ini dipancarkan sebagai ledakan akhir yang kuat dari gelombang gravitasi. Ini adalah gelombang gravitasi yang LIGO telah diamati.
Keberadaan gelombang gravitasi pertama kali ditunjukkan pada tahun 1970 dan 80-an oleh Joseph Taylor, Jr., dan rekan. Taylor dan Russell Hulse ditemukan pada tahun 1974 sistem biner yang terdiri dari pulsar di orbit sekitar bintang neutron. Taylor dan Joel M. Weisberg pada tahun 1982 menemukan bahwa orbit dari pulsar itu perlahan-lahan menyusut dari waktu ke waktu karena pelepasan energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Untuk menemukan pulsar dan menunjukkan bahwa hal itu akan memungkinkan pengukuran gelombang gravitasi tertentu, Hulse dan Taylor dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1993.
Penemuan LIGO baru adalah pengamatan pertama gelombang gravitasi sendiri, dibuat dengan mengukur gangguan kecil ombak membuat ruang dan waktu ketika mereka melalui bumi.
"Pengamatan kami dari gelombang gravitasi menyelesaikan tujuan ambisius ditetapkan lebih dari 5 dekade yang lalu untuk langsung mendeteksi fenomena ini sulit dipahami dan lebih memahami alam semesta, dan, pantas, memenuhi warisan Einstein pada ulang tahun ke-100 teori relativitas umum," kata Caltech David H. Reitze, direktur eksekutif dari Laboratorium LIGO.
Penemuan ini dimungkinkan oleh kemampuan ditingkatkan Advanced LIGO, upgrade besar yang meningkatkan sensitivitas instrumen dibandingkan dengan generasi pertama detektor LIGO, memungkinkan peningkatan besar dalam volume alam semesta diselidiki - dan penemuan gelombang gravitasi selama pengamatan menjalankan pertama. US National Science Foundation memimpin dalam dukungan keuangan untuk Advanced LIGO. organisasi pendanaan di Jerman (Max Planck Society), yang U.K. (Sains dan Teknologi Fasilitas Council, STFC) dan Australia (Australian Research Council) juga telah membuat komitmen yang signifikan untuk proyek. Beberapa teknologi kunci yang membuat Advanced LIGO jauh lebih sensitif telah dikembangkan dan diuji oleh Jerman kolaborasi UK GEO. sumber daya yang signifikan komputer telah disumbangkan oleh AEI Hannover Atlas Cluster, Laboratorium LIGO, Syracuse University, dan University of Wisconsin-Milwaukee. Beberapa perguruan tinggi yang dirancang, dibangun, dan diuji komponen kunci untuk Advanced LIGO: The Australian National University, University of Adelaide, Universitas Florida, Stanford University, Columbia University Kota New York, dan Louisiana State University.
"Pada tahun 1992, ketika dana awal LIGO telah disetujui, itu merupakan investasi terbesar NSF pernah dibuat," kata Prancis Córdova, direktur NSF. "Itu risiko besar. Tapi National Science Foundation adalah lembaga yang mengambil jenis-jenis risiko. Kami mendukung ilmu dasar dan rekayasa pada titik di jalan untuk penemuan di mana jalan yang sama sekali tidak jelas. Kami mendanai Trailblazers. Ini sebabnya AS terus menjadi pemimpin global dalam memajukan pengetahuan. "
Penelitian LIGO dilakukan oleh Kolaborasi LIGO Ilmiah (LSC), sekelompok lebih dari 1.000 ilmuwan dari universitas di seluruh Amerika Serikat dan di 14 negara lainnya. Lebih dari 90 universitas dan lembaga penelitian di LSC mengembangkan teknologi detektor dan menganalisis data; sekitar 250 siswa adalah anggota berkontribusi kuat dari kerjasama. LSC jaringan detektor termasuk interferometer LIGO dan detektor GEO600. Tim GEO termasuk para ilmuwan di Institut Max Planck untuk Fisika gravitasi (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universität Hannover, bersama dengan mitra di University of Glasgow, Cardiff University, University of Birmingham, universitas lain di Inggris, dan Universitas Kepulauan Balearic di Spanyol.
"Deteksi ini adalah awal dari sebuah era baru: The bidang astronomi gelombang gravitasi sekarang kenyataan," kata Gabriela González, LSC juru bicara dan profesor fisika dan astronomi di Louisiana State University.
LIGO awalnya diusulkan sebagai sarana untuk mendeteksi gelombang gravitasi pada tahun 1980 oleh Rainer Weiss, profesor fisika, emeritus, dari MIT; Kip Thorne, Richard P. Feynman Profesor Caltech untuk Fisika Teoritis, emeritus; dan Ronald Drever, profesor fisika, emeritus, juga dari Caltech.
"Deskripsi pengamatan ini indah dijelaskan dalam teori Einstein relativitas umum dirumuskan 100 tahun yang lalu dan terdiri dari tes pertama dari teori di gravitasi yang kuat. Itu akan menjadi indah untuk menonton wajah Einstein kita telah mampu untuk memberitahu dia," kata Weiss.
"Dengan penemuan ini, kita manusia memulai pencarian baru luar biasa: upaya untuk mengeksplorasi sisi melengkung dari alam semesta - objek dan fenomena yang terbuat dari ruang-waktu melengkung Bertabrakan lubang hitam dan gelombang gravitasi adalah contoh yang indah pertama kami,." kata Thorne.
Penelitian Virgo dilakukan oleh Kolaborasi Virgo, yang terdiri dari lebih dari 250 fisikawan dan insinyur milik 19 yang berbeda kelompok penelitian Eropa: 6 dari Pusat Nasional de la Recherche Scientifique (CNRS) di Perancis; 8 dari Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Italia; 2 di Belanda dengan Nikhef; yang Wigner RCP di Hongaria; kelompok POLGRAW di Polandia; dan Eropa gravitasi Observatory (EGO), laboratorium hosting detektor Virgo dekat Pisa di Italia.
Fulvio Ricci, Virgo Juru Bicara, mencatat bahwa, "Ini merupakan tonggak penting untuk fisika, tetapi yang lebih penting hanyalah awal dari banyak penemuan astrofisika baru dan menarik untuk datang dengan LIGO dan Virgo."
Bruce Allen, managing director dari Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), menambahkan, "Einstein berpikir gelombang gravitasi terlalu lemah untuk mendeteksi, dan tidak percaya pada lubang hitam. Tapi saya tidak berpikir dia akan keberatan yang salah! "
"Detektor Advanced LIGO adalah tour de force dari ilmu pengetahuan dan teknologi, dimungkinkan oleh tim internasional yang benar-benar luar biasa dari teknisi, insinyur, dan ilmuwan," kata David Shoemaker dari MIT, pemimpin proyek for Advanced LIGO. "Kami sangat bangga bahwa kami selesai proyek didanai NSF ini pada waktu dan anggaran."
Pada setiap observatorium, dua-dan-a-setengah mil (4 km) panjang berbentuk L LIGO interferometer menggunakan sinar laser dibagi menjadi dua balok yang melakukan perjalanan bolak-balik ke bawah lengan (tabung berdiameter empat kaki disimpan di bawah dekat -sempurna vakum). Balok yang digunakan untuk memantau jarak antara cermin tepat diposisikan di ujung lengan. Menurut teori Einstein, jarak antara cermin akan berubah dengan jumlah yang sangat kecil ketika gelombang gravitasi melewati detektor. Perubahan panjang dari lengan yang lebih kecil dari satu-sepuluh ribu diameter proton (10-19 meteran) dapat dideteksi.
"Untuk membuat tonggak fantastis ini mungkin mengambil kolaborasi global dari para ilmuwan - laser dan teknologi suspensi dikembangkan untuk detektor GEO600 kami digunakan untuk membantu membuat Advanced LIGO detektor gelombang paling canggih gravitasi yang pernah dibuat," kata Sheila Rowan, profesor fisika dan astronomi di Universitas Glasgow.
observatorium independen dan terpisah jauh diperlukan untuk menentukan arah acara menyebabkan gelombang gravitasi, dan juga untuk memverifikasi bahwa sinyal datang dari ruang dan tidak dari beberapa fenomena lokal lainnya.
Untuk itu, Laboratorium LIGO bekerja sama dengan para ilmuwan di India di Inter-University Centre untuk Astronomi dan Astrofisika, Raja Ramanna Pusat Advanced Technology, dan Institut Plasma untuk membangun detektor Advanced LIGO ketiga di anak benua India. Menunggu persetujuan oleh pemerintah India, itu bisa beroperasi pada awal dekade berikutnya. Tambahan detector akan sangat meningkatkan kemampuan jaringan detektor global untuk melokalisasi sumber gelombang gravitasi.
"Mudah-mudahan pengamatan pertama ini akan mempercepat pembangunan jaringan global detektor untuk memungkinkan lokasi sumber akurat di era multi-utusan astronomi," kata David McClelland, profesor fisika dan direktur dari Pusat gravitasi Fisika di Universitas Nasional Australia .
Sumber cerita :
Posting di atas dicetak ulang dari bahan yang disediakan oleh LIGO Laboratorium. Catatan: Bahan dapat diedit untuk konten dan panjang.
Journal Reference:
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration).Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters, 2016; 116: 061102 DOI:10.1103/PhysRevLett.116.061102