کشف امواج گرانشی 100 سال پس از پیش بینی اینشتین

برای اولین بار ، دانشمندان موج هایی را در بافت فضازمان به نام امواج گرانشی مشاهده کردند که از یک رویداد فاجعه بار در جهان دور به زمین می رسند. این یک پیش بینی عمده درباره نظریه نسبیت عمومی آلبرت انیشتین در سال 1915 را تأیید می کند و پنجره جدیدی بی سابقه به سوی کیهان باز می کند.امواج گرانشی اطلاعاتی در مورد منشأ چشمگیر خود و ماهیت گرانش دارند که در غیر این صورت نمی توان به دست آورد. فیزیکدانان به این نتیجه رسیده اند که امواج گرانشی شناسایی شده در آخرین کسر ثانیه ادغام دو سیاهچاله برای ایجاد یک سیاهچاله چرخان منفرد و بزرگتر ایجاد شده است. این برخورد دو سیاهچاله پیش بینی شده بود اما هرگز مشاهده نشد.امواج گرانشی در 14 سپتامبر 2015 ساعت 5:51 صبح به وقت شرقی (09:51 UTC) توسط هر دو آشکارساز دوقلو ردیاب موج گرانشی (LIGO) لیزر تداخل سنج (LIGO) ، واقع در لیوینگستون ، لوئیزیانا و هانفورد ، واشنگتن تشخیص داده شد. ، ایالات متحده آمریکا. بودجه رصدخانه های LIGO توسط بنیاد ملی علوم (NSF) تأمین شده و توسط Caltech و MIT طراحی و ساخته شده و اداره می شود. این کشف ، که برای چاپ در مجله Physical Review Letters پذیرفته شده است ، توسط همکاری علمی LIGO (که شامل همکاری GEO و کنسرسیوم استرالیا برای اختلال جاذبه ای تداخل سنجی) و همکاری Virgo با استفاده از داده های دو آشکارساز LIGO است ، انجام شده است.بر اساس سیگنالهای مشاهده شده ، دانشمندان LIGO تخمین می زنند که سیاهچاله های این رویداد حدود 29 و 36 برابر جرم خورشید بوده و این رویداد 1.3 میلیارد سال پیش رخ داده است. حدود 3 برابر جرم خورشید در کسری از ثانیه به امواج گرانشی تبدیل شد - با حداکثر توان خروجی حدود 50 برابر کل جهان قابل مشاهده. با نگاهی به زمان ورود سیگنالها - آشکارساز در لیوینگستون این رویداد را 7 میلی ثانیه قبل از آشکارساز در هانفورد ثبت کرد - دانشمندان می توانند بگویند که منبع در نیمکره جنوبی واقع شده است.بر اساس نسبیت عام ، یک جفت سیاهچاله که به دور یکدیگر می چرخند انرژی خود را از طریق تابش امواج گرانشی از دست می دهند و باعث می شوند طی میلیاردها سال به تدریج به یکدیگر نزدیک شوند و سپس در دقایق پایانی بسیار سریعتر به یکدیگر نزدیک شوند. در آخرین کسر ثانیه ، دو سیاهچاله تقریباً با نصف سرعت نور به یکدیگر برخورد می کنند و یک سیاهچاله عظیم تر تشکیل می دهند و قسمتی از جرم سیاهچاله ها را به انرژی تبدیل می کنند. فرمول E = mc2. این انرژی به عنوان آخرین انفجار قوی امواج گرانشی ساطع می شود. این امواج گرانشی است که LIGO مشاهده کرده است.وجود امواج گرانشی برای اولین بار در دهه 1970 و 80 توسط جوزف تیلور جونیور و همکارانش نشان داده شد. تیلور و راسل هالس در سال 1974 یک سیستم دوتایی متشکل از یک تپ اختر در مدار به دور یک ستاره نوترونی کشف کردند. تیلور و جوئل ام وایزبرگ در سال 1982 دریافتند که مدار تپ اختر به دلیل آزاد شدن انرژی در قالب امواج گرانشی به تدریج در حال کوچک شدن است. به دلیل کشف تپ اختر و نشان دادن امکان اندازه گیری موج گرانشی خاص ، هالس و تیلور در سال 1993 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.کشف جدید LIGO اولین مشاهده خود امواج گرانشی است که با اندازه گیری اختلالات کوچکی که امواج هنگام عبور از زمین در فضا و زمان ایجاد می کنند ، انجام شده است.دیوید کالتک می گوید: "مشاهده ما از امواج گرانشی به هدف بلندپروازانه ای می پردازد که بیش از 5 دهه پیش برای شناسایی مستقیم این پدیده گریزان و درک بهتر جهان انجام شده است و به جا ، میراث اینشتین را در صدمین سالگرد نظریه نسبیت عمومی وی برآورده می کند." H. Reitze ، مدیر اجرایی آزمایشگاه LIGO.این کشف با قابلیت های پیشرفته Advanced LIGO امکان پذیر شد ، ارتقاء بزرگی که حساسیت ابزارها را در مقایسه با نسل اول آشکارسازهای LIGO افزایش می دهد و باعث افزایش زیاد حجم جهان کاوش شده - و کشف امواج گرانشی در طول اولین دوره مشاهده آن بنیاد ملی علوم ایالات متحده در حمایت مالی از Advanced LIGO پیشتاز است. سازمانهای تأمین مالی در آلمان (انجمن مکس پلانک) ، بریتانیا (شورای امکانات و علوم فناوری ، STFC) و استرالیا (شورای تحقیقات استرالیا) نیز تعهدات قابل توجهی را به این پروژه متعهد شده اند. چندین فناوری کلیدی که Advanced LIGO را بسیار حساس تر کرده است ، توسط همکاری GEO آلمان بریتانیا توسعه و آزمایش شده است. منابع رایانه ای قابل توجهی توسط خوشه اطلس AEI هانوفر ، آزمایشگاه LIGO ، دانشگاه سیراکوز و دانشگاه ویسکانسین- میلواکی ارائه شده است. چندین دانشگاه اجزای اصلی برای LIGO پیشرفته را طراحی ، ساخته و آزمایش کردند: دانشگاه ملی استرالیا ، دانشگاه آدلاید ، دانشگاه فلوریدا ، دانشگاه استنفورد ، دانشگاه کلمبیا شهر نیویورک و دانشگاه ایالتی لوئیزیانا.فرانس کوردووا ، مدیر NSF می گوید: "در سال 1992 ، هنگامی که بودجه اولیه LIGO تصویب شد ، نشان دهنده بزرگترین سرمایه گذاری بود که NSF انجام داده بود." "این یک خطر بزرگ بود. اما بنیاد ملی علوم آژانس این گونه خطرات است. ما از علم و مهندسی بنیادین در نقطه ای از راه کشف که در آن مسیر هیچ چیز روشن نیست حمایت می کنیم. ما به دنبالکنندگان کمک مالی می کنیم. به همین دلیل است که ایالات متحده همچنان یک رهبر جهانی در پیشرفت دانش است. "تحقیقات LIGO توسط همکاری علمی LIGO (LSC) انجام می شود ، گروهی متشکل از بیش از 1000 دانشمند از دانشگاه های سراسر ایالات متحده و 14 کشور دیگر. بیش از 90 دانشگاه و موسسه تحقیقاتی در LSC فناوری آشکارساز را توسعه داده و داده ها را تجزیه و تحلیل می کنند. تقریباً 250 دانش آموز از اعضای قوی همکاری هستند. شبکه آشکارساز LSC شامل تداخل سنج های LIGO و آشکارساز GEO600 می باشد. تیم GEO شامل دانشمندان موسسه ماکس پلانک برای فیزیک گرانشی (موسسه آلبرت اینشتین ، AEI) ، دانشگاه لایبنیتس هانوفر ، به همراه شرکای خود در دانشگاه گلاسکو ، دانشگاه کاردیف ، دانشگاه بیرمنگام ، سایر دانشگاه های انگلستان و دانشگاه جزایر بالئار در اسپانیاگابریلا گونزالس ، سخنگوی LSC و استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه ایالتی لوئیزیانا می گوید: "این کشف آغاز عصر جدیدی است: زمینه نجوم موج گرانشی اکنون به واقعیت تبدیل شده است."LIGO در ابتدا به عنوان وسیله ای برای تشخیص این امواج گرانشی در دهه 1980 توسط راینر ویس ، استاد فیزیک ، آمریتوس ، از MIT پیشنهاد شد. Kip Thorne ، Caltech's Richard P. Feynman ، استاد فیزیک نظری ، آمریتوس ؛ و رونالد درور ، استاد فیزیک ، سرشناس ، همچنین از Caltech.توصیف این مشاهدات به زیبایی در نظریه نسبیت عام اینشتین که 100 سال پیش تدوین شده توصیف می شود و اولین آزمایش نظریه در گرانش قوی را شامل می شود. اگر می توانستیم به اینشتین بگوییم تماشای صورت فوق العاده می شد ، "ویس می گوید."با این کشف ، ما انسانها در حال جستجوی شگفت انگیز جدیدی هستیم: تلاش برای کشف سمت پیچ خورده جهان - اشیا و پدیده هایی که از فضا و زمان تاب خورده ساخته شده اند. برخورد سیاهچاله ها و امواج گرانشی اولین نمونه های زیبای ما هستند. "تحقیقات ویرجین توسط همکاری ویرجین انجام می شود که متشکل از بیش از 250 فیزیکدان و مهندس متعلق به 19 گروه تحقیقاتی مختلف اروپایی است: 6 مرکز ملی تحقیقات ملی فرانسه (CNRS) در فرانسه. 8 از Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) در ایتالیا ؛ 2 در هلند با Nikhef ؛ RCP Wigner در مجارستان ؛ گروه POLGRAW در لهستان ؛ و رصدخانه گرانشی اروپا (EGO) ، آزمایشگاهی که میزبان آشکارساز باکره در نزدیکی پیزا در ایتالیا است.فولویو ریچی ، سخنگوی Virgo ، خاطرنشان می کند: "این یک نقطه عطف مهم برای فیزیک است ، اما مهمتر از آن فقط شروع بسیاری از کشفیات جدید و هیجان انگیز اخترفیزیکی است که با LIGO و Virgo رخ می دهد."بروس آلن ، مدیرعامل موسسه ماکس پلانک برای فیزیک گرانشی (موسسه) ، می افزاید: "اینشتین فکر می کرد امواج گرانشی برای تشخیص بسیار ضعیف هستند و به سیاه چاله ها اعتقاد نداشت. اما من فکر نمی کنم او فکرش را کرده بود که اشتباه کند! "دیوید شومیکر از MIT ، رهبر پروژه Advanced LIGO می گوید: "آشکارسازهای پیشرفته LIGO یک نیروی علمی و فناوری هستند که توسط یک تیم فوق العاده بین المللی از تکنسین ها ، مهندسان و دانشمندان امکان پذیر شده است." "ما بسیار مفتخریم که این پروژه با بودجه NSF را به موقع و با بودجه به پایان رساندیم."