LIGO thực sự đã thấy gì? (Phát hiện sóng hấp dẫn)

Tôi đang cố gắng tìm một video / hình ảnh gốc về những gì LIGO thực sự đã thấy, nhưng tất cả những gì tôi có thể tìm thấy là sự tái hiện của nghệ sĩ về sóng hấp dẫn.

Hình ảnh thực tế không nhiều. Tôi đã có thể tìm thấy nó từ Khoa học , và đây là tất cả:

Nó chỉ là một gợn sóng, được nhìn thấy ở những thời điểm hơi khác nhau từ hai đài quan sát khác nhau. Sự thay đổi phù hợp hoàn hảo bằng cách dịch chuyển nó bằng tốc độ chênh lệch ánh sáng ở vị trí của chúng. Do đó là bằng chứng của sóng trọng lực.

Cần lưu ý rằng lý do có hai dụng cụ là để cung cấp kiểm tra chéo đối với các nguồn rung khác. Mỗi đài quan sát hoạt động bằng cách phát hiện các rung động trên thang đo 4 km, xuống một mức độ rất nhỏ (1 / 10.000 chiều rộng của một proton). Khi cả hai được so sánh, thì người ta có thể giả sử tín hiệu phải đến từ một nguồn không cục bộ, chỉ có Sóng trọng lực phù hợp với định nghĩa đó.

Trước hết, tôi nghĩ rằng câu hỏi của bạn tin vào sự hiểu lầm về bản chất của các đài thiên văn LIGO. Bản chất của các máy dò là chúng hoạt động như một micro, trái ngược với máy ảnh. Điều đó có nghĩa là chúng nhạy cảm với sóng hấp dẫn đến từ hầu hết các hướng, nhưng không có khả năng phân biệt sóng đến từ đâu. Bằng cách sử dụng nhiều máy dò (cũng cần thiết cho phát hiện tự tin), sự khác biệt về thời gian giữa các máy dò có thể được sử dụng để đưa ra một số ý tưởng về vị trí của nguồn. Điều đó cũng có nghĩa là đầu ra của các bộ dò là một luồng dữ liệu.

Hình ảnh này từ bài báo trong Thư đánh giá vật lý (không phải sau một bức tường) là một bản tóm tắt tốt hơn về những gì LIGO nghe được so với câu trả lời được chấp nhận hiện tại. Tôi sẽ giải thích các tấm từ trên xuống dưới.

1. Các tấm trên cùng hiển thị các tín hiệu 'thô' được đo trong hai máy dò với dữ liệu H1 được phủ trên dữ liệu L1 ở bên phải.
2. Hàng thứ hai của tấm cho thấy một số mô phỏng khác nhau về thuyết tương đối rộng (lý thuyết của Einstein) dự đoán cho sóng hấp dẫn. Những mô phỏng này là cách LIGO có thể tuyên bố rằng họ biết rằng sóng được gây ra bởi hai lỗ đen hợp nhất.
3. Hàng thứ ba của bảng là dữ liệu 'thô' trừ đi các mô phỏng.
4. Các ô dưới cùng chỉ đơn giản là một cách khác để vẽ dữ liệu 'thô' được gọi là biểu đồ tần suất thời gian. Thời gian nằm trên trục x và tần số nằm trên trục y. Đối với một người từ trường, tín hiệu này là đặc điểm dễ nhận biết nhất của sáp nhập, được gọi là tiếng hót líu lo. Khi thời gian di chuyển về phía trước, tần số thay đổi cao hơn. Bạn thực sự có thể nghe tiếng kêu 'thô' ở đây .

LIGO đã không "nhìn thấy" bất cứ điều gì. Nó theo dõi độ dài tương đối của các đường đi được thực hiện bởi hai chùm tia laser trong ống chân không dài khoảng 4km (mặc dù đường dẫn laser bao gồm khoảng 75 chuyến lên xuống cánh tay) và theo góc vuông với nhau.

Một sóng hấp dẫn, truyền đi với tốc độ ánh sáng, thay đổi tỷ lệ của các độ dài này (một ngắn hơn, một lớn hơn, sau đó chúng trao đổi) bằng khoảng hoặc trừ 1 phần trong (một tỷ tỷ) khoảng 30 -200 lần mỗi giây khi nó đi qua thiết bị.$10^{21}$

Toàn bộ sự kiện kéo dài khoảng 0,3 giây và dấu vết (đã có trên tất cả các tin tức) chỉ đơn giản là ghi lại phân số mà độ dài của cánh tay thay đổi như một chức năng của thời gian.

Sự kiện này (gần như) được ghi lại đồng thời bởi hai thiết lập gần như giống hệt nhau ở các khu vực khác nhau của Hoa Kỳ. Việc phát hiện cùng một tín hiệu trong cả hai máy dò loại trừ nguyên nhân gây nhiễu cục bộ và độ trễ thời gian nhỏ giữa các lần phát hiện cho phép xác định vị trí thô của nguồn sóng hấp dẫn trên bầu trời.

Theo hướng dẫn của GW150914 , đây là những gì máy dò LIGO L1 và H1 nâng cao ban đầu nhìn thấy:

Bạn có thể tải dữ liệu thô từ hướng dẫn này.

Các câu trả lời khác cho thấy các dạng sóng đã được xử lý (làm trắng, lọc, dịch chuyển 7 ms, đảo ngược).

Cơ chế đo lường thực tế mà LIGO sử dụng là giao thoa kế laser, do đó, một cách giải thích hợp lý về những gì LIGO "đã thấy" sẽ là mô hình giao thoa gây ra bởi sóng trọng lực, trông giống như thế này:

Thật không may, tôi không thể tìm thấy hình ảnh của nhiễu laser thực tế mà LIGO đã đề cập; có lẽ nó quá nhỏ để chụp ảnh

Tất cả các biểu đồ khác mà mọi người đang liên kết thực hiện chỉ là biểu đồ của dữ liệu mẫu nhiễu. Hiển thị biểu đồ dữ liệu LIGO dưới dạng câu trả lời cho câu hỏi này giống như hiển thị biểu đồ hình ảnh dưới dạng câu trả lời cho câu hỏi "Kính viễn vọng không gian Hubble nhìn thấy gì?"

Tôi không biết điều đó có thú vị với bạn không, nhưng đây là liên kết của bài báo được xuất bản về những quan sát đó:

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

Một khi câu trả lời ở trên là khá đơn giản! Bài báo nói ngắn gọn là LIGO đã quan sát thấy tín hiệu sóng hấp dẫn thoáng qua và những quan sát này phù hợp với dự đoán về dạng sóng phát sinh từ Thuyết tương đối rộng cho hệ thống liên quan đến hai lỗ đen.