Efter att ha startat i september 2015 upptäckte LIGO-dubbelobservatoriet - Laserinterferometern Gravitational-Wave Observatories i Hanford, Washington och Livingston, Louisiana - samtidigt sammanslagningen av två svarta hål under den första arbetssessionen, även om deras känslighet var inställd på 30% av möjlig. Sammanslagningen av två svarta hål 36 och 29 solmassor som upptäcktes den 14 september 2015 och andra svarta hål med 14 och 8 solmassor som upptäcktes den 26 december 2015 gav den första definitiva och direkta bekräftelsen av gravitationsvågor. Det tog ett sekel att göra detta. Slutligen kunde tekniken testa teorin och bekräfta den.
Men upptäckten av dessa vågor är bara början: en ny era bryggs i astronomin. För 101 år sedan lade Einstein fram en ny tyngdkraftteori: allmän relativitet. Tillsammans med det kom insikten: avlägsna massor lockar inte liknande direkt omedelbart i hela universumet, denna närvaro av materia och energi deformerar rymdtidens tyg. Denna helt nya tyngdbild förde med sig en hel mängd oväntade konsekvenser, inklusive gravitationslinser, ett expanderande universum, gravitationstidsutvidgning, och - som vi nu vet säkert - existensen av en ny typ av strålning: gravitationsvågor. När massor rör sig eller accelererar relativt varandra genom rymden skapar reaktionen i rymden själv krusningar. Denna krusning rör sig genom rymden med ljusets hastighet och som ett resultat faller i våra detektorer,informerar oss om avlägsna händelser genom gravitationsvågor.
Det är lättast att upptäcka objekt som avger starka signaler, nämligen:
- stora massor, - beläget på ett litet avstånd mellan sig, - snabbt roterande, Kampanjvideo:
- med väsentligt föränderliga banor.
De bästa kandidaterna kollar uppenbarligen, kollapsar föremål som svarta hål och neutronstjärnor. Vi måste också komma ihåg hur ofta vi kan upptäcka dessa föremål, som kommer att vara ungefär lika med detektorns väg (armlängd gånger antalet reflektioner) dividerat med ljusets hastighet.
LIGO, med sina fyra kilometer långa armar med tusentals ljusreflektioner, kan se föremål på frekvenser i millisekundområdet. Detta inkluderar sammanslagning av svarta hål och neutronstjärnor i det sista fasen av sammanslagning, såväl som exotiska händelser som svarta hål eller neutronstjärnor som konsumerar en stor bit av materia och gurgel och blir mer sfäriska. En mycket asymmetrisk supernova kan också skapa en gravitationsvåg; kärnkollaps kommer troligtvis inte att träffa gravitationsvågdetektorer, och sammanslagning av vita dvärgstjärnor i närheten kan mycket väl.
Vi har redan sett sammanslagning av svarta hål med svarta hål, och när LIGO förbättras är det rimligt att anta att vi under de närmaste åren kommer att ha den första generationen av uppskattningar av svarta hål med stjärnmassor (från några till hundra solmassor). LIGO måste också hitta sammanslagningar av neutronstjärnor med neutronstjärnor; när observatorierna når den planerade känsligheten kommer de att kunna observera tre till fyra händelser per månad, om våra uppskattningar av frekvensen för deras sammanslagning och LIGO-känsligheten är korrekta.
Asymmetriska supernovaer och bubblande av exotiska neutronhål kommer att vara extremt intressanta att upptäcka (om möjligt, eftersom de tros vara sällsynta händelser). Men de största genombrotten kan förväntas med fler detektorer. När VIRGO-detektorn i Italien börjar fungera kommer verklig positionering genom triangulering att bli möjlig: vi kommer att kunna exakt bestämma var dessa händelser föds i rymden och sedan utföra optiska mätningar. VIRGO kommer att följas av gravitationsvåginterferometrar i Japan och Indien. Om några år kommer vår vision av gravitationsvåghimlen att nå en ny nivå.
Men våra största framgångar kommer att börja när vi tar med oss våra gravitationsvågambitioner ut i rymden. I rymden är du inte begränsad till seismiskt brus, lastbilsolyckor eller plattaktonik; bara ett lugnt rymdvakuum i bakgrunden. Du är inte begränsad av jordens krökning, observationsarmarnas möjliga längd; det är möjligt att starta observatoriet längre från jorden eller till och med i omloppsbana runt solen. Vi kunde mäta föremål inte på millisekunder, utan i sekunder, dagar, veckor eller längre. Vi kunde upptäcka gravitationella vågor från supermassiva svarta hål, inklusive de största kända föremålen i universum.
Slutligen, om vi bygger ett rymdobservatorium som är tillräckligt stort och känsligt nog, kunde vi se gravitationella vågorna kvar från själva Big Bang. Vi kunde direkt upptäcka gravitationella störningar av kosmisk inflation och inte bara bekräfta vårt kosmiska ursprung, utan också bevisa att gravitationen själv är en kvantkraft av naturen. Trots allt kunde dessa inflationsgravitationsvågor inte ha dykt upp om tyngdkraften inte var ett kvantfält.
För närvarande pågår en debatt om vilken NASA-uppdrag kommer att vara en prioritering på 2030-talet. Medan många bra uppdrag erbjuds, är det värt att notera konstruktionen av ett rymdbaserat observationscenter för gravitationsvågor i omloppsbana runt solen. Vi har tekniken, vi har bevisat dess användbarhet, vi har bekräftat existensen av vågor. Framtiden för gravitationsvågastronomi begränsas endast av vad universumet själv kan ge oss och hur mycket vi kommer att spendera på den. Storleken på en ny era har redan börjat. Frågan kvarstår hur starkt detta nya astronomifält kommer att lysa.
ILYA KHEL
