Apa yang LIGO Sebenarnya Lihat? (Penemuan gelombang gravitasi)

32

Saya mencoba menemukan video / gambar asli dari apa yang sebenarnya dilihat LIGO, tetapi yang bisa saya temukan hanyalah karya seniman tentang gelombang gravitasi.

gravity black-hole gravitational-waves

— Scott Taylor
sumber

8

Sebagaimana dibahas dalam jawaban saya di bawah ini, LIGO lebih seperti mikrofon daripada kamera; jadi lebih masuk akal untuk berbicara tentang apa yang kita dengar daripada apa yang kita lihat. Anda dapat mendengarkan sinyal di sini: youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw

— Chris Mueller

Bukankah metafora yang lebih baik adalah seismometer ?

— user151841

3

@ user151841 Tidak juga. Seismometer memiliki tiga aliran data keluaran: akselerasi dalam x, y, dan z. Juga, saya pikir mikrofon secara intuitif lebih akrab bagi masyarakat non-sains daripada seismometer. Detektor LIGO juga sangat cocok untuk dibandingkan dengan mikrofon karena pita sensitif dari detektor sepenuhnya dalam jangkauan pendengaran manusia.

— Chris Mueller

Jika kita ingin menjadi orang yang bertele-tele, secara teknis pengukuran LIGO adalah video aktual dengan kamera sebenarnya. Yang mereka lakukan adalah mengambil umpan video terus menerus dari pola interferensi laser rekombinasi. Banyak proses matematis diperlukan untuk menghasilkan plot dalam jawaban di bawah ini. Jadi sebenarnya video itulah yang sebenarnya mereka "lihat".

— zephyr

pasti seseorang telah "remix" audio ke audio yang dapat didengar manusia? dimana orang itu akan luar biasa untuk mendengarkannya, untuk mendapatkan rasa serangan / pembusukan / panjang dll. pasti ini ada? yang harus Anda lakukan adalah memodulasi begitu banyak oktaf bukan?

— Fattie

34

Gambar yang sebenarnya tidak banyak. Saya dapat menemukannya dari Sains , dan hanya ini yang ada:

Itu hanya riak, terlihat pada waktu yang sedikit berbeda dari dua observatorium yang berbeda. Pergeseran ini cocok dengan menggesernya dengan kecepatan perbedaan cahaya di lokasi mereka. Demikianlah bukti dari gelombang gravitasi.

Perlu dicatat bahwa alasan ada dua instrumen adalah untuk memberikan pemeriksaan silang terhadap sumber getaran lainnya. Setiap observatorium bekerja dengan mendeteksi getaran pada skala 4 km, turun ke urutan sangat kecil (1 / 10.000 lebar proton). Ketika keduanya dibandingkan, maka orang dapat berasumsi bahwa sinyal tersebut harus berasal dari sumber non-lokal, yang hanya Gravity Waves yang sesuai dengan definisi itu.

— PearsonArtPhoto
sumber

1

Sumber aslinya adalah journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/...

— Stop Harming Monica

12

"Gambar sebenarnya tidak banyak", "hanya ini yang ada." Nada Anda mengecilkan betapa luar biasanya IMO;) Tentu saja, saya agak bias.

— Chris Mueller

Bagaimana dua lokasi pengamatan mengoordinasikan waktu mereka relatif terhadap jam bersama atau umum? Apakah mereka mengacu pada jam atom yang sama dan membuat penyesuaian untuk "latensi", waktu yang diperlukan untuk mendapatkan waktu?

— TRomano

3

@TRomano Kami menggunakan GPS yang akurat hingga 10 detik nanodetik. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang sistem pengaturan waktu aLIGO di sini: author.library.caltech.edu/20471/1/…

— Chris Mueller

1

@ ChrisMueller: Saya curiga itu GPS, tapi tidak punya waktu untuk melihatnya pada saat itu. Terima kasih!

— PearsonArtPhoto

26

Pertama-tama, saya pikir pertanyaan Anda memungkiri kesalahpahaman tentang sifat observatorium LIGO. Sifat dari detektor adalah bahwa mereka bertindak seperti mikrofon, tidak seperti kamera. Artinya adalah bahwa mereka peka terhadap gelombang gravitasi yang datang dari berbagai arah, tetapi tidak memiliki kemampuan untuk membedakan dari mana gelombang berasal. Dengan menggunakan beberapa detektor (yang juga diperlukan untuk deteksi percaya diri) perbedaan waktu antara detektor dapat digunakan untuk memberikan beberapa gagasan tentang lokasi sumber. Ini juga berarti bahwa output dari detektor adalah aliran data tunggal.

Gambar ini dari makalah dalam Physical Review Letters (bukan di belakang paywall) adalah ringkasan yang lebih baik dari apa yang didengar LIGO daripada jawaban yang diterima saat ini. Saya akan menjelaskan panel dari atas ke bawah.

Panel atas menunjukkan sinyal 'mentah' yang diukur dalam dua detektor dengan data H1 yang di-overlay pada data L1 di sebelah kanan.
Baris kedua panel menunjukkan sejumlah simulasi yang berbeda tentang prediksi relativitas umum (teori Einstein) untuk gelombang gravitasi. Simulasi ini adalah bagaimana LIGO dapat mengklaim bahwa mereka tahu bahwa gelombang disebabkan oleh dua lubang hitam yang bergabung.
Baris ketiga panel adalah data 'mentah' dikurangi simulasi.
Panel bawah hanyalah cara lain untuk memplot data 'mentah' yang disebut plot frekuensi-waktu. Waktu pada sumbu x dan frekuensi pada sumbu y. Bagi seseorang dari lapangan, sinyal ini adalah karakteristik merger yang paling dikenal, yang dikenal sebagai kicauan. Seiring waktu bergerak maju, frekuensi bergeser lebih tinggi. Anda sebenarnya dapat mendengarkan kicauan 'mentah' di sini .

— Chris Mueller
sumber

3

Ini bukan di balik paywall karena kertasnya adalah konten terbuka — dilisensikan di bawah CC BY 3.0.

— bwDraco

@ bwDraco Poin bagus.

— Chris Mueller

1

Bisakah Anda menjelaskan mengapa pengamatan H1 di plot kanan atas ditandai sebagai "terbalik"? Saya belum melihat di tempat lain sebelum berkomentar bahwa H1 terbalik, tetapi saya dapat dengan jelas melihat bahwa ini adalah masalahnya. Apa alasannya?

— zephyr

@ zephyr: Kedua detektor berorientasi berbeda (Hanford NW / SW, Livingston WSW / SSE), itu mungkin menjadi alasannya; Saya hanya menebak-nebak.

— chirlu

13

LIGO tidak "melihat" apa pun. Ini memonitor panjang relatif dari jalur yang diambil oleh dua sinar laser dalam pipa vakum sekitar 4 km panjang (meskipun jalur laser terdiri dari sekitar 75 perjalanan naik dan turun lengan) dan pada sudut yang tepat satu sama lain.

$10^{21}$

Seluruh peristiwa berlangsung sekitar 0,3 detik dan jejak (yang telah ada di seluruh berita) hanya mencatat fraksi yang dengannya panjang lengan berubah sebagai fungsi waktu.

Acara itu (hampir) secara bersamaan direkam oleh dua pengaturan yang hampir identik di berbagai bagian Amerika Serikat. Deteksi sinyal yang sama di kedua detektor mengesampingkan penyebab gangguan lokal, dan penundaan waktu yang kecil antara deteksi memungkinkan lokasi kasar sumber gelombang gravitasi di langit.

— Rob Jeffries
sumber

Bagi saya, bukan hanya itu pencapaian luar biasa bahwa kami dapat mendeteksi sinyal sekecil itu, tetapi kami juga dapat memprediksi sebelumnya seperti apa bentuk sinyal itu. Saya terperangah bahwa dengan menggunakan model, ilmuwan dapat cukup yakin bahwa gelombang itu dihasilkan oleh dua 30 lubang hitam massa matahari yang bertabrakan (penemuan yang pertama kali dirilis secara publik). Aturan Einstein !!

— Jack R. Woods

6

Menurut tutorial GW150914 , inilah yang awalnya dilihat oleh detektor LIGO L1 dan H1:

Anda dapat mengunduh data mentah dari tutorial ini.

Jawaban lain menunjukkan gelombang yang sudah diproses (diputihkan, difilter, digeser oleh 7 ms, terbalik).

— niutech
sumber

1

Anda benar bahwa ini adalah data mentah yang mengalir keluar dari detektor (perhatikan bahwa saya berhati-hati dalam jawaban saya untuk tetap 'mentah' dalam tanda kutip). Pita sensitif detektor berkisar dari 10 Hz hingga 100 kHz, tetapi aliran data mentah didominasi oleh kebisingan yang sangat besar (untuk LIGO) di bawah 10 Hz. Anda dapat melihat ini dengan membandingkan unit pada plot Anda dengan yang ada di plot yang saya posting. Bagian dari teknologi yang digunakan LIGO untuk mencapai tujuannya yang belum pernah terjadi sebelumnya adalah pemrosesan sinyal tingkat lanjut.

— Chris Mueller

Anda dapat melihat kurva kebisingan aktual dari detektor di sekitar waktu deteksi di sini: dcc.ligo.org/public/0119/G1500623/001/…

— Chris Mueller

3

Mekanisme pengukuran aktual yang digunakan LIGO adalah laser interferometri, jadi salah satu interpretasi yang masuk akal tentang apa yang "dilihat" LIGO adalah pola interferensi yang disebabkan oleh gelombang gravitasi, yang akan "terlihat" seperti ini:

Sayangnya saya tidak dapat menemukan gambar gangguan laser yang sebenarnya yang disebutkan oleh LIGO; mungkin terlalu kecil untuk fotografi.

Semua grafik lain yang ditautkan oleh orang lain hanyalah grafik dari data pola interferensi. Menampilkan grafik data LIGO sebagai jawaban untuk pertanyaan ini seperti menunjukkan histogram gambar sebagai jawaban atas pertanyaan, "Apa yang dilihat teleskop luar angkasa Hubble?"

— pengguna151841
sumber

4

Ini sebenarnya adalah pola interferensi dari dua sinar laser yang tumpang tindih dengan kelengkungan yang berbeda, dan inilah yang mungkin diharapkan orang dalam interferometer murah (lihat misalnya cincin Newton ). Namun, LIGO memiliki cermin yang dibuat dengan sangat baik sehingga gangguan pada keluaran detektor tidak memiliki cincin, dan, pada kenyataannya, benar-benar hitam pada skala gambar ini.

— Chris Mueller

1

Saya tidak tahu apakah ini menarik bagi Anda, tetapi di sini ada tautan makalah yang diterbitkan tentang pengamatan itu:

http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102

Setelah jawaban di atas cukup mudah! Apa yang dikatakan makalah itu (singkatnya) adalah bahwa LIGO telah mengamati sinyal gelombang gravitasi transien, dan pengamatan ini sesuai dengan prediksi bentuk gelombang yang diturunkan oleh General Relativity untuk sistem yang melibatkan dua lubang hitam.

— Herr Schrödinger
sumber

4

Selamat Datang di Astronomi! Namun, tautan hanya jawaban yang biasanya tidak dianjurkan. Jika Anda memiliki sesuatu yang baru untuk ditambahkan, harap rangkum dalam beberapa paragraf.

— Hohmannfan

Pembaruan LIGO: Rumornya keluar .. sciencenews.org/article/… .. bahwa LIGO mungkin telah mengamati dua bintang neutron yang bertabrakan. Ini akan menjadi signifikan karena ini bisa menjadi yang pertama kalinya bahwa gelombang gravitasi dan gelombang elektromagnetik dilihat dari sumber yang sama.

— Jack R. Woods