Vibor Jelić - Gravitacijski valovi

Institut Ruđer Bošković

Vibor Jelić

Zavod za eksperimentalnu fiziku Laboratorij za astročestičnu fiziku i astrofiziku

Gravitacijski valovi

- mreškanje prostorvremena -

izvor slike: NaConal Science FondaCon, USA

Izvori i vrste gravitacijskih valova

• kontinuirani gravitacijski valovi - brzo rotirajući objekti velikih masa koji nisu u potpunosti sfernosimetrični (npr. neutronska zvijezda)

• spiralno padajući dvojni sustavi - dva masivna objeka spiralno padaju jedan prema drugome (dvije neutronske zvijezde, dvije crne rupe ili binarni sustav crne rupe i neutronske zvijezde) i pri tome dio njihove orbitalne enrgije se oslobađa u obliku gravitacijskih valova

• stohastični (nasumični) gravitacijski valovi - superpozicija svih gravitacijskih valova u svemiru od kojih dio bi mogao biti sa samog početka svemira

• iznenadni gravitacijski valovi !?! izvor slika: LIGO website, Wikipedia

Detekcija gravitacijskih valova

Detekcija gravitacijskih valova

NAPREZANJE (strain) • istezanje ili stiskanje prostrovremena uslijed prolaska gravitacijskog vala Δd (t) = h(t) d

… želimo detektirati promjene istezanja tj. stiskanja prostora u vremenu … izvor slika: LIGO website, Wikipedia

Detekcija gravitacijskih valova

• dvojni sustav crnih rupa zvjezdanih masa (M=20M⦿), orbitalne frekvencije 200 Hz (orbitalne brzine oko 0.5-0.6 c) i na udaljenosti od 15 Mpc (veličina Virgo skupa galaksija, 4.5 x 1020 km tj. 4.5 x 106 svj. god.) emitirat će gravitacijske valove koji će na Zemlji izazvati naprezanje prostorvremena od < 10-20, tj. oblik Zemlje bi se promijeniti za 10-13 m (1% veličine atoma) • učestalost nastajanja ovakvih gravitacijskih valova mala, oko jedanput godišnje, uzimajući u obzir volumen od 6 x 1020 km (20 Mpc - 2000 x veličina Mliječne staze) oko Zemlje izvor slika: LIGO website, Wikipedia

Detekcija gravitacijskih valova LIGO eksperiment

LIGO eksperiment

Laser Interferometer Gravita0onal-Wave Observatory

Hanford, Washington

• • • • •

70th godina ideja izgradnje 1994. godine početak gradnje 2002. godine prva mjerenja 2011-2014. godine nadogradnja (10x osjetljiviji) 2015. godine prva detekcija

Livingston, Louisiana izvor slika: LIGO website

LIGO eksperiment

Laser Interferometer Gravita0onal-Wave Observatory

INTERFERENCIJA

destruk[vna

konstruk[vna

• u osnovi Michelsonov interferometar koji mjeri jesu li valovi u dva kraka u fazi ili anCfazi, a može mjeriC udaljenost između zrcala s preciznošću od 1/10 000 promjera protona izvor slika: Wikipedia, LIGO website

LIGO eksperiment

Laser Interferometer Gravita0onal-Wave Observatory • zrcala su obješena na sustav od nekoliko masa koje prigušuju lokalne vibracije (potres, prolazak kamiona, hodanje ljudi i sl.)

• vakuumska cijev promjera 1.2 m koja održava vakuum od 1 μPa (10-9 torr) izvor slika: LIGO website

LIGO eksperiment

Laser Interferometer Gravita0onal-Wave Observatory â&#x20AC;˘ 14. rujna 2015. godine u 09:50:45 UTC

izvor: Abbod et al., 2016, Physical Review Leders

izvor: Abbod et al., 2016, Physical Review Leders

LIGO eksperiment

Laser Interferometer Gravita0onal-Wave Observatory DVOJNI SUSTAV CRNIH RUPA

29M⦿ 36M⦿

62M⦿

• oko 1.3 milijardi svjetlosnih godina od nas • 3 M⦿ izračeno u obliku gravitacijskih valova

• maksimum snage zračenja (3.6 x 1049W) puno veći od ukupne snage zračenja svih zvijezda u vidljivom dijelu Svemiru

JoĹĄ jedna detekcija LIGO teleskopa !

? 2017 ?