gravitační vlny | Svět2000

universe, space, galaxy, wormhole, stars, milky way, sci-fi, fantasy, futuristic, cosmos, deep space, black hole, astronomy, background, wallpaper, geometric, digital art, symmetry, abstract, ornamental, pattern, seamless, decorative, colourful, design, wormhole, black hole, black hole, black hole, black hole, black hole

Gravitační vlny časoprostoru předpovězené Einsteinem se podařilo detekovat

6. 10. 2025 Iveta Mauci, šéfredaktorka 2 min read 425 Zobrazení Albert Einstein, časoprostor, černá díra, gravitační vlny, milihertzové frekvenční pásmo (10⁻⁵ – 1 Hz), střední pásmo

Fyzika-matematika Nové Objevy Vědecké objevy Vesmír

Nepolapitelné gravitační vlny, které se nacházejí v „časoprostoru“, tedy mezi prostorem a časem, předpověděl Albert Einstein. Jejich existenci nemohl dokázat, přesto věděl, že tam jsou. A opravdu.

Právě tyto vlny byly pozorované pozemními interferometry na vysokých frekvencích jako jsou LIGO a Virgo a na ultranízkých frekvencích pomocí časovacích polí pulsarů. Střední pásmo však zůstalo vědecky nejasné. Nacházejí se totiž v nepolapitelném milihertzovém frekvenčním pásmu (10⁻⁵ – 1 Hz).

Nový detektor využívá nejmodernější technologie optických dutin původně vyvinutý pro optické atomové hodiny k měření drobných fázových posunů v laserovém světle způsobených procházejícími gravitačními vlnami. Na rozdíl od velkých interferometrů jsou tyto detektory kompaktní a relativně imunní vůči seismickému a newtonovskému šumu.

Vědci tak našli nový přístup, jak tyto gravitační vlny detekovat v milihertzovém frekvenčním rozsahu, který umožňuje přístup k astrofyzikálním a kosmologickým jevům, které nejsou detekovatelné současnými přístroji.

Využitím technologie vyvinuté v kontextu optických atomových hodin je možné rozšířit dosah detekce gravitačních vln do zcela nového frekvenčního rozsahu s přístroji, které se vejdou na laboratorní stůl. To otevírá vzrušující možnost vybudování globální sítě takových detektorů a hledání signálů, které by jinak zůstaly skryté nejméně po další desetiletí.

Očekává se, že milihertzové frekvenční pásmo, někdy nazývané jako „střední pásmo“, bude přijímat signály z různých astrofyzikálních a kosmologických zdrojů, včetně kompaktních dvojhvězd bílých trpaslíků a slučování černých děr.

Ambiciózní vesmírné mise, jako je LISA, se také zaměřují na toto frekvenční pásmo, ale jejich start je naplánovaný na 30. léta 21. století. Nové detektory optických rezonátorů by mohly začít tuto oblast zkoumat už nyní.

3D ilustrace gravitačních vln ze slučujících se černých děr.

Tento detektor umožňuje testovat astrofyzikální modely binárních systémů v naší galaxii, zkoumat fúze masivních černých děr a dokonce hledat stochastické pozadí z raného vesmíru. Díky této metodě mají vědci nástroje k zahájení zkoumání těchto signálů přímo ze Země, což otevírá cestu pro budoucí vesmírné mise.

Každá jednotka se skládá ze dvou ortogonálních ultrastabilních optických dutin a atomární frekvenční reference, což umožňuje vícekanálovou detekci signálů gravitačních vln. Tato konfigurace nejen zvyšuje citlivost, ale také umožňuje identifikaci polarizace vln a směru zdroje.

Spoluautoři studie: Dr. Vera Guarrera z Birminghamské univerzity a profesor Xavier Calmet z univerzity v Sussexu

Zdroje: Univerzita v Birminghamu, https://www.eurekalert.org/news-releases/1100491; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ae09ec

Vědci institutu kosmologie z Portsmouthu detekovali pozoruhodný signál gravitačních vln

8. 4. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 4 min read 259 Zobrazení Astrofyzika, exploze, gravitační vlny, kosmologie, LIGO, neutronové hvězdy, signál, vesmír

Nové

Minulý rok v květnu pozoroval detektor LIGO Livingston v Louisianě v USA signál gravitační vlny ze srážky s největší pravděpodobností neutronové hvězdy s kompaktním objektem, který byl 2,5 až 4,5 x větší hmotnosti, než má naše Slunce.

Co dělá tento objevený signál s názvem GW230529 zajímavým, je jeho hmotnost, jelikož spadá do možné hmotnostní mezery mezi nejtěžšími známými neutronovými hvězdami a nejlehčími černými dírami. Samotný signál gravitační vlny nemůže odhalit povahu tohoto objektu, ale budoucí detekce podobných vesmírných událostí, zejména těch, které jsou doprovázeny výbuchy elektromagnetického záření, by to mohla pomoci vyřešit.

„Tato detekce, prvních vzrušujících výsledků ze čtvrtého pozorování LIGO-Virgo-KAGRA, odhalilo, že mezi neutronovými hvězdami a černými dírami o nízké hmotnosti může docházet k vyššímu počtu podobných kolizí, než jsme si dříve mysleli,“ říká Dr. Jess McIverová, odborná asistentka Britiské univerzity Columbia a zástupkyně v pozici mluvčí LIGO.

Neutronové hvězdy a černé díry jsou husté pozůstatky masivních hvězdných explozí.

Vědci z Institutu kosmologie a gravitace (ICG) univerzity v Portsmouthu pomohli odhalit pozoruhodný signál gravitačních vln, který by mohl být klíčem k vyřešení vesmírné záhady. Objev pochází z nejnovější sady výsledků, které 5. dubna oznámili spolupracovníci LIGO – Virgo – KAGRA, která zahrnuje více než 1600 vědců z celého světa, včetně členů ICG, kteří se snaží detekovat gravitační vlny a využívat je pro základní zkoumání vědy.

Vzhledem k tomu, že tato událost byla pozorována pouze jedním detektorem gravitačních vln, posouzení, zda je skutečná nebo ne, je obtížnější.

Doktor Gareth Cabourn Davies, výzkumný softwarový inženýr v ICG, vyvinul nástroje používané k vyhledávání událostí v jediném detektoru. Řekl: „Potvrzení událostí tím, že je vidíme na více detektorech, je jedním z našich nejúčinnějších nástrojů pro oddělení signálů od šumu. Použitím vhodných modelů šumu na pozadí můžeme posoudit událost, i když nemáme jiný detektor, který by zálohoval to, co jsme viděli.“

Před detekcí gravitačních vln v roce 2015, byly hmoty černých děr s hvězdnou hmotností primárně nalezeny pomocí rentgenových pozorování, zatímco hmotnosti neutronových hvězd byly nalezeny pomocí rádiových pozorování. Výsledná měření spadala do dvou odlišných rozsahů s mezerou mezi nimi od 2 do 5 násobku hmotnosti našeho Slunce. V průběhu let zasáhlo malé množství měření do hmotnostní mezery, která zůstává mezi astrofyziky velmi diskutovaná.

Analýza signálu GW230529 ukazuje, že pochází ze sloučení dvou kompaktních objektů, jednoho s hmotností mezi 1,2 až 2,0krát větší než naše Slunce a druhého o něco více než dvakrát hmotnější.

Sloučení černé díry s nižší hmotnostní mezerou (tmavě šedý povrch) s neutronovou hvězdou s barvami od tmavě modré (60 gramů na centimetr krychlový) po bílou (600 kilogramů na centimetr krychlový) a zdůrazňují silné deformace materiál neutronové hvězdy s nízkou hustotou.

Zatímco signál gravitačních vln neposkytuje dostatek informací k tomu, aby bylo možné s jistotou určit, zda jsou tyto kompaktní objekty neutronové hvězdy nebo černé díry, zdá se pravděpodobné, že lehčí objekt je neutronová hvězda a těžší objekt černá díra. Vědci z LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration jsou přesvědčeni, že těžší objekt je v masové mezeře.

Pozorování pomocí gravitačních vln nyní poskytlo téměř 200 měření hmotností kompaktních objektů. Z nich pouze jedna další sloučení mohla zahrnovat kompaktní objekt s hmotnostní mezerou. Signál GW190814 pocházel ze sloučení černé díry s kompaktním objektem přesahujícím hmotnost nejtěžších známých neutronových hvězd a možná i uvnitř hmotnostní mezery.

„Pozorování tohoto systému má důležité důsledky jak pro teorie binární evoluce, tak pro elektromagnetické protějšky fúzí kompaktních objektů.“ Čtvrtý pozorovací běh je plánován na 20 měsíců včetně několikaměsíční přestávky na provedení údržby detektorů a provedení řady nezbytných vylepšení. Do 16. ledna 2024, kdy začala současná přestávka, bylo identifikováno celkem 81 významných signálních kandidátů. GW230529 je první z nich, která byla zveřejněna po podrobném prozkoumání.

Čtvrtý pozorovací běh bude pokračovat 10. dubna 2024, přičemž detektory LIGO Hanford, LIGO Livingston a Virgo budou pracovat společně. Běh bude pokračovat do února 2025 bez dalších plánovaných přestávek v pozorování. Do konce čtvrtého pozorovacího běhu v únoru 2025 by měl celkový počet pozorovaných signálů gravitačních vln překročit 200.

Zdroj: Tisková zpráva Eureka Alert s volným přístupem.

Je možné, že lidská existence závisí na gravitačních vlnách

2. 4. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 3 min read 1934 Zobrazení člověk, gravitační vlny, vžnik života, zívot, život

Nové

Podle článku publikovaném v časopise Phys.org a preprintu publikovaném v ArXiv, se objevily argumenty, že lidé vděčí za svou existenci gravitačním vlnám, a že v newtonovském vesmíru by vyspělé formy života nemusely existovat.

Víme, že k životu je zapotřebí jen několik prvků: vodík, uhlík, dusík, kyslík a fosfor, přičemž síra je téměř stejně všudypřítomná. Zdá se, že některé jednoduché formy života si vystačí pouze s těmito prvky. První z nich vznikl při velkém třesku a další tři jsou produktem fúze hélia během života běžných hvězd. Fosfor byl detekován v pozůstatku supernovy Cassiopeia A, což potvrzuje jistotu astronomů, že stejně jako mnoho dalších prvků vzniká při těchto hvězdných explozích. Při supernovách vzniká také síra a výrazně se zvyšuje množství uhlíku a kyslíku, přičemž všechny tyto produkty se rozptylují do širokého okolí.

Savci jsou při výrobě zubů, kostí a orgánů závislí na nejméně dvaceti prvcích. Autoři článku, který byl zaslán do Sborníku Národní akademie věd (PNAS), ale ještě nebylo dokončeno recenzní řízení, poznamenávají, že se předpokládá, že dva z nich nevznikly pouze v supernově, ale jsou produktem r-procesu, který probíhá v kilonovách, při splynutí neutronových hvězd.

Toto pozorování bylo učiněno již dříve, ale autoři zdůrazňují, že splynutí neutronových hvězd je produktem gravitačních vln. Pravděpodobnost, že by se dva tak malé a vzácné objekty jako neutronové hvězdy střetly v rozlehlém vesmíru, je mizivá.

Neutronové hvězdy jsou produktem supernov. Řetězec logiky může být zpochybněn v několika bodech. Nejzjevněji je pravděpodobné, že kdyby Země měla nedostatek jódu a bromu, naše evoluční cesta by byla jiná, ale nemusela by vylučovat něco, co by se nám podobalo. Lidé jsou závislí na jódu dodávaném do štítné žlázy, mimo jiné k regulaci metabolismu, a na bromu pro vývoj tkání. Vzhledem k milionům let se však možná zvířata mohla vyvinout, aby plnila podobné role s použitím jiných prvků.

Takový hypotetický scénář je pravděpodobně nemožné dokázat nebo vyvrátit, pokud nenajdeme velkou zásobu planet, které vznikly tak vzdáleně od jakékoli kilonovy, že postrádají prvky r -procesu. I když to uděláme, bude to trvat velmi, velmi dlouho, než v nich budeme moci prozkoumat přítomnost pokročilého života.

Na druhou stranu, tyto dva nemusí být jediné prvky r-procesu potřebné pro lidi. Autoři poznamenávají, že molybden využívají zvířata i rostliny k přenosu atomů kyslíku a že thorium a uran jsou pravděpodobně důvodem, proč máme deskovou tektoniku, pravděpodobně jednu ze základních charakteristik Země.

Když se posuneme dále v řetězci, můžeme zpochybnit spojení jód-kilonova. Je považováno za velmi pravděpodobné, že kilonovae produkují jód, ale to ještě není pevně stanoveno. Navíc určité typy supernov mohou také spouštět r-procesy, ale to je stále nejisté a množství produkované tímto způsobem ještě více.

Autoři uznávají, že tato část jejich úvah musí být ještě přesvědčivě stanovena. Navíc malá část zemského jódu pochází z s-procesu, pro který nejsou zapotřebí gravitační vlny. Autoři vypočítali, že 4 procenta zemského jódu mají zdroj s-procesu a možná by to v případě potřeby stačilo k udržení evoluce savců.

Alespoň část myšlenky je testovatelná v bližším horizontu. Pokud jsou odhady původců jódu správné, pak by podle nich měl být v materiálu na povrchu Měsíce jód-129. To je něco, co můžeme hledat příště, až lidé vstoupí na Měsíc.

Taková vyšetřování mohou posunout vědu nečekaným způsobem. Autoři poznamenávají, že objev podílu asteroidu nebo komety na vyhynutí neptačích dinosaurů vyšel ze snahy otestovat, zda byla místo toho zodpovědná blízká supernova.

Carl Sagan to skvěle vystihl, když řekl; „Pokud chcete udělat jablečný koláč od začátku, musíte nejprve vymyslet vesmír.“ Pokud chcete na koláč pekaře, možná budete potřebovat specificky einsteinovský vesmír, ale v této fázi je příliš brzy na to, abychom si byli jisti.