De fysicawereld heeft de laatste weken een beetje duizelig omdat tweets en geruchten suggereren dat wetenschappers mogelijk lang gezochte rimpelingen in de ruimtetijd, zwaartekrachtsgolven, hebben ontdekt. Hoewel een deel hiervan speculatie is, is er enig bewijs dat suggereert dat onderzoekers van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) mogelijk het eerste directe bewijs voor deze golven zijn tegengekomen sinds Albert Einstein hun bestaan een eeuw geleden in zijn algemene theorie voorstelde van relativiteit.
gerelateerde inhoud
- Zwaartekrachtgolven slaan twee keer toe
- Na een eeuw zoeken hebben we eindelijk zwaartekrachtgolven ontdekt
- Zeven eenvoudige manieren waarop we weten dat Einstein gelijk had (voorlopig)
- Apollo-Era-gegevens helpen wetenschappers op zoek naar zwaartekrachtsgolven
Hier zijn vijf dingen die u moet weten over zwaartekrachtsgolven ter voorbereiding op de komende aankondiging.
Wat zijn ze?
Als je het universum als een enorme oceaan beschouwt, zijn zwaartekrachtsgolven als rimpelingen die worden veroorzaakt wanneer een object op het oppervlak valt. Volgens de theorie van Einstein beginnen veranderingen in de versnelling van massieve objecten in de ruimte, zoals neutronensterren en zwarte gaten, deze stralende rimpelingen door het weefsel van ruimtetijd - met de meest dramatische effecten van botsingen, schrijft Joshua Sokol voor New Scientist .
Waarom zijn ze zo belangrijk?
Zwaartekrachtgolven zouden niet alleen de relativiteitstheorie verder ondersteunen, ze zouden ook wetenschappers kunnen helpen vele mysterieuze fenomenen in de kosmos te bestuderen. Astronomen scannen nu de hemel met behulp van het elektromagnetische spectrum, dat verschillende soorten objecten onthult, afhankelijk van de golflengte. Zwaartekrachtsgolven zouden 'de meest directe manier zijn om de grote fractie van het universum te bestuderen die donker is', vertelt LISA Pathfinder-wetenschapper Bill Weber tegen Gizmodo . De golven passeren door anders moeilijk te vinden lichamen en bieden een glimp van de mysterieuze vormen die zouden kunnen lijken op het zien van ze in een geheel nieuwe golflengte.
Hoewel ongrijpbaar, staan deze rimpelingen ook centraal in veel theorieën over het vroegste begin van het universum. Berekeningen laten zien dat het universum een periode van snelle expansie doormaakte in de seconden na de oerknal. Zwaartekrachtsgolven gecreëerd in deze snelle inflatieperiode zouden door de kosmische microgolfachtergrond zijn gedraaid, de vroegste straling die het universum doordringt. De rimpelingen zouden een teken achterlaten als een vingerafdruk die kon worden herleid tot het allereerste begin van het bestaan. LIGO is ontworpen om kosmisch gezien meer recente golven te detecteren, maar alleen maar bewijzen dat ze bestaan zou een grote stap zijn.
Hoe zoeken wetenschappers naar hen?
De meeste zwaartekrachtgolfdetectors werken door te proberen kleine veranderingen in de afstand tussen objecten te onderscheiden die met een bekende hoeveelheid zijn gescheiden, meldt Maddie Stone voor Gizmodo. Het idee is dat een golf die door de aarde gaat de ruimtetijd op zo'n manier zal kreukelen dat die afstand verandert.
Er zijn verschillende lopende experimenten over de hele wereld, die elk verschillende technieken testen. LIGO heeft bijvoorbeeld twee detectoren die zich bijna 2000 km uit elkaar bevinden en het verzamelt gegevens van 75 observatoria over de hele wereld om mogelijke signalen van zwaartekrachtsgolven die door de aarde passeren te detecteren en te trianguleren. Andere onderzoekers hebben voorgesteld om zeer gevoelige atoomklokken te gebruiken om temporele vervormingen te detecteren, en het Europees Ruimteagentschap heeft onlangs een satelliet gelanceerd die technologie zal testen waarmee wetenschappers nieuwe manieren kunnen bedenken om minuscule fluctuaties in de ruimte te meten.
Waarom zijn ze zo moeilijk te detecteren?
Wanneer je een steen in een waterlichaam laat vallen, worden de rimpelingen kleiner naarmate ze verder van het epicentrum komen. Zwaartekrachtgolven volgen hetzelfde basisprincipe. De ruimte is enorm en wetenschappers geloven dat veel van de bronnen van zwaartekrachtgolven lichamen zijn die aan de randen van het universum zweven, wat betekent dat alle signalen die de aarde bereiken extreem zwak en moeilijk te isoleren zijn. De meeste observatoria die op zoek zijn naar zwaartekrachtsgolven moeten kammen voor minuscule vervormingen in het weefsel van ruimte-tijd - de LIGO-detectoren kunnen bijvoorbeeld verschuivingen meten zo klein als een tienduizendste van de diameter van een proton, schrijft Sokol.
Wacht, waarom komt dit bekend voor?
Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers de ontdekking van zwaartekrachtsgolven hebben aangekondigd. In 2014 zeiden astronomen die met het BICEP2-observatorium in de buurt van de Zuidpool werkten, bewijsmateriaal gevonden voor zwaartekrachtsgolven vanaf het begin van het universum. Maar dat bleek een vals alarm te zijn, veroorzaakt door kosmisch stof. LIGO heeft in het verleden ook zijn eigen valse positieven gehad. In 2010, voordat het observatorium werd opgewaardeerd naar zijn huidige gevoeligheid, ontdekten onderzoekers wat zij dachten dat het bewijs kon zijn voor een zwaartekrachtsgolf, maar realiseerden zich later dat het gewoon een signaal was dat hun eigen wetenschappers maakten om te testen of ze het verschil konden zien tussen een nepsignaal en het echte werk.
Hoewel we niet zeker weten wat er tot donderdag is gebeurd bij LIGO, zijn er aanwijzingen in de openbare logboeken van het observatorium dat suggereert dat ze dit keer misschien ergens op af komen. Sinds het huidige experiment afgelopen september begon, blijkt uit logboeken dat LIGO-onderzoekers ten minste drie leads in verschillende delen van de hemel hebben gevolgd, meldt Sokol. Het zou weer een vals alarm kunnen zijn, maar voor nu wachten natuurkundigen, astronomen en ruimtefanaten met toenemende opwinding.
