Blixten har slagit två gånger - kanske tre gånger - och forskare från Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, hoppas att detta bara är början på en ny era för att förstå vårt universum. Denna "blixt" kom i form av svårfångade, svårt att upptäcka gravitationella vågor, producerade av gigantiska händelser, som ett par svarta hål som kolliderade. Energin som frigörs från en sådan händelse stör störningen i rum och tid, ungefär som krusningar i ett damm. Dagens tillkännagivande är den andra uppsättningen av gravitationsvåg-krusningar som upptäckts av LIGO, efter den historiska första upptäckten som tillkännagavs i februari i år.
"Denna kollision inträffade för 1,5 miljarder år sedan," sade Gabriela Gonzalez från Louisiana State University på en presskonferens för att tillkännage den nya upptäckten, "och med detta kan vi säga er era gravitationsvågastronomin har börjat."
LIGO: s första upptäckt av gravitationsvågor från sammanslagning av svarta hål inträffade 14 september 2015 och det bekräftade en viktig förutsägelse av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori från 1915. Den andra upptäckten inträffade den 25 december 2015 och registrerades av båda de två tvilling-detektorerna.
Medan den första upptäckten av gravitationsvågorna som släpptes genom den våldsamma sammanslagningen av svart hål bara var en liten "kvit" som bara varade en femtedel av en sekund, var denna andra upptäckt mer en "vem" som var synlig under en hel sekund i uppgifterna. Lyssna i den här videon:
"Det här är vad vi kallar gravitationens musik," sa González när hon spelade videon på dagens presskonferens.
Medan gravitationsvågor inte är ljudvågor konverterade forskarna gravitationsvågens svängning och frekvens till en ljudvåg med samma frekvens. Varför var de två händelserna så olika?
Från uppgifterna drog forskarna slutsatsen att den andra uppsättningen av gravitationsvågor producerades under de sista stunderna av sammanslagningen av två svarta hål som var 14 och 8 gånger solens massa, och kollisionen producerade ett enda, mer massivt snurrande svart hål 21 gånger solens massa. Som jämförelse var de svarta hålen som upptäcktes i september 2015 36 och 29 gånger solens massa och smälte samman till ett svart hål på 62 solmassor.
Forskarna sa att gravitationsvågorna med högre frekvens från de svarta hålen med lägre massa träffade LIGO-detektorernas ”sweet spot” av känslighet.
"Det är mycket viktigt att dessa svarta hål var mycket mindre massiva än de som observerades vid den första upptäckten," sade Gonzalez. ”På grund av deras lättare massor jämfört med den första detektionen tillbringade de mer tid - ungefär en sekund - i detektorernas känsliga band. Det är en lovande start att kartlägga populationerna av svarta hål i vårt universum. ”
LIGO tillåter forskare att studera universum på ett nytt sätt med hjälp av tyngdkraft istället för ljus. LIGO använder lasrar för att exakt mäta positionen för speglar separerade från varandra med 4 kilometer, cirka 2,5 mil, på två platser med över 3 000 km från varandra, i Livingston, Louisiana och Hanford, Washington. Så, LIGO upptäcker inte kollisionshändelsen i svart hål direkt, det upptäcker utsträckning och komprimering av själva rymden. Upptäckterna hittills är resultatet av LIGO: s förmåga att mäta störningar i rymden med en noggrannhet på 1 del i tusen miljarder miljarder. Signalen från den senaste händelsen, med namnet GW151226, producerades genom att material omvandlades till energi, som bokstavligen skakade rymden som Jello.
LIGO-teammedlem Fulvio Ricci, en fysiker vid universitetet i Rom La Sapienzaa sa att det fanns en tredje "kandidat" upptäckt av en händelse i oktober, som Ricci sade att han föredrar att kalla en "trigger", men det var mycket mindre betydelsefullt och signal till brus som inte är tillräckligt stor för att officiellt räkna som en upptäckt.
Men fortfarande, sade teamet, pekar de två bekräftade upptäckterna på att svarta hål är mycket vanligare i universum än tidigare trott, och de kan ofta komma i par.
"Den andra upptäckten" har verkligen lagt "O" för observatoriet i LIGO, "sade Albert Lazzarini, biträdande chef för LIGO-laboratoriet på Caltech. ”Med upptäckter av två starka händelser under de fyra månaderna av vår första observationsperiod, kan vi börja göra förutsägelser om hur ofta vi kanske hör gravitationsvågor i framtiden. LIGO ger oss ett nytt sätt att observera några av de mörkaste men mest energiska händelserna i vårt universum. ”
LIGO är nu offline för förbättringar. Dess nästa datakörning börjar i höst och förbättringarna i detektorkänsligheten kan göra det möjligt för LIGO att nå upp till 1,5 till två gånger mer av universumets volym jämfört med den första körningen. En tredje plats, Virgo-detektorn som ligger nära Pisa, Italien, med en design som liknar de två LIGO-detektorerna, förväntas komma online under den senare halvan av LIGOs kommande observationsrörelse. Jungfrun kommer att förbättra fysikernas förmåga att hitta källan till varje ny händelse genom att jämföra skillnader i millisekundskalan i ankomsttiden för inkommande gravitationsvågsignaler.
Under tiden kan du hjälpa LIGO-teamet med Gravity Spy medborgarvetenskapsprojekt genom Zooniverse.
Källor för vidare läsning:
Pressmeddelande:
University of Maryland
Northwestern University
West Virginia University
Pennsylvania State University
Fysiska granskningsbrev: GW151226: Observation av gravitationella vågor från en 22-solmassa binär svart hål koalescens
LIGO fakta sida, Caltech
För en utmärkt översikt av gravitationsvågor, deras källor och deras upptäckt, kolla in Markus Possels utmärkta serie artiklar som vi presenterade på UT i februari:
