Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Moderator: Drieske

Reageer
Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.412

Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Al maanden gonst het van de geruchten dat Ligo en/of Virgo zwaartekrachtgolven hebben waargenomen, veel media hebben daar al vroegtijdig aandacht aan besteed. Morgen om 16.30 uur wordt tijdens persconferentie door LSC een 'status rapport' verstrekt, en als de geruchten waar blijken wordt daar groot wetenschappelijk nieuws bekend gemaakt.

 

Te hopen valt, dat - indien de geruchten waar zijn - er voldoende nauwkeurig gewerkt is, en dat de resultaten peer reviewed zijn. Het debacle rond de Bicep2 metingen (klik) is bepaald niet voor herhaling vatbaar.

 

De geruchtenmachine vermeldt ook dat het een gemeenschappelijke update van Ligo en Virgo zou zijn, en dat is interessant. Ligo (klik) in de USA heeft in Virgo (klik) de Europese tegenhanger. Zwaartekrachtgolven zijn ontzettend lastig te detecteren, de detectoren worden gestoord door allerhande lokale invloeden, zoals een plotselinge windvlaag, langsrijdend verkeer, een trilling in de bodem, de golfslag van de oceaan et cetera. Een mogelijke waarneming door alleen een Ligo (er zijn er twee) zou hierdoor altijd aan twijfel onderhevig zijn.

 

Als Virgo en Ligo, of beide Ligo's eenzelfde waarneming hebben gedaan, vallen lokale bronnen als oorzaak weg. Bijkomend voordeel kan zijn dat een gemeenschappelijke detectie (door de onderlinge afstand van duizenden kilometers) ook informatie kan geven over de richting van waaruit de zwaartekrachtgolven kwamen.

 

Zwaartekrachtgolven werden door de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein voorspeld, hoewel Einstein zelf dacht dat ze zo extreem zwak waren dat ze nimmer waargenomen konden worden.

Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) is echter in theorie gevoelig genoeg sedert de laatste update. Het instrument is in staat om tussen de twee buizen van 4 kilometer een lengteverschil van minder dan een tienduizendste van de diameter van een proton te meten. 

 

Zwaartekrachtgolven ontstaan door massa's die versnellen, maar gezien de afstanden in het heelal moeten dit om gedetecteerd te kunnen worden enorm zware massa's zijn met zeer grote versnellingen. Twee neutronensterren bijvoorbeeld die seconden voordat ze samensmelten tot een zwart gat als een razende om elkaar heendraaien, of twee stellaire zwarte gaten die hetzelfde doen. Die veroorzaken golven die Ligo in theorie zou kunnen meten.

 

Mochten deze golven (waarvan veruit de meeste fysici overtuigd zijn dat ze moeten bestaan) waargenomen worden, dan bevestigt dat nogmaals de juistheid van de relativiteit.

Is men in staat deze golven systematisch te gaan meten, dan kan er meer inzicht verkregen worden in de werking van de relativiteitstheorie in zeer extreme omstandigheden; meet men ook dan nog precies wat Einstein ons voorrekende, of zijn er dan toch afwijkingen die een bijstelling van de relativiteit vereisen?

 

Een ander belangwekkend aspect van precieze waarnemingen aan zwaartekrachtgolven is dat ze ons in de toekomst in staat zullen stellen 'achter' de achtergrondstraling te kijken. Lichtgolven komen op 360.000 jaar na de oerknal een ondoordringbare muur van geïoniseerd gas (de kosmische achtergrondstraling) tegen, maar daar hebben zwaartekrachtgolven geen last van.

Met die golven zouden we tot een fractie van een seconde na de oerknal kunnen teruggaan in de tijd en veel meer te weten kunnen komen over de geboorte van het heelal.

 

Even geduld nog, morgen weten we meer.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Kunnen zwaartekrachtsgolven ook  tijd beinvloeden?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.412

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Ja, want de golven vervormen de ruimtetijd, dus zowel de ruimte als de tijd.

 

Maar die vervorming is lokaal. Een zwaartekrachtgolf die langskomt zal zowel jouw horloge als de klok aan de muur vrijwel even sterk beïnvloeden, zodat de vervorming nauwelijks te meten valt.

Als je jouw klok tijdens de passage van zo'n golf zou kunnen vergelijken met een klok veel verder weg, dan zou je in theorie een verschil kunnen detecteren.

 

De verschillen zijn echter ongehoord klein. Zo wordt bijvoorbeeld berekend dat twee black holes met een massa van 10 zonnen ieder, die rond elkaar suizen op een afstand van slechts 10 keer de Schwarzschildstraal indien zij op een afstand van 3000 lichtjaar zouden staan zwaartekrachtgolven met een frequentie van 50 Hz produceren met een amplitude van 3,5.10-17. Die golf is dan ongeveer 6000 km lang en veroorzaakt tussen top en dal een tijdverschil van 1 seconde in 1,8 miljard jaar. 

 

Op de 4 kilometer lange buizen van Ligo zou dat een amplitude van ongeveer 10-21 betekenen, ruim binnen de grens van de gevoeligheid van (advanced) Ligo:

 
aligo.png
aligo.png (61.15 KiB) 335 keer bekeken
Bron: Wikipedia.


De frequentie neemt samen met de amplitude sterk toe als de twee black holes of neutronensterren elkaar naderen. Dus moet aLigo - zo is de heersende gedachte - in staat zijn de zeldzame samensmeltingen te meten. Men schat dat aLigo gemiddeld een detectie per jaar zou kunnen doen. aLigo is in september vorig jaar begonnen, en het zou toch verrassend zijn als er nu al een of liefst meer duidelijke detecties zijn.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.412

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

16:25 Onder enorme belangstelling van de media en de rest van de wereld (alleen al op het live Youtubekanaal bijna 100.000 kijkers) is zojuist de persconferentie begonnen.
 
NPO meldt nu al dat het bewijs voor de golven inderdaad is gevonden, wat even later door Fulvio Ricci (Virgo) wordt bevestigd!
 
De samensmelting van twee zwarte gaten van ongeveer 30 Zonmassa's die om elkaar draaiden met de halve lichtsnelheid op 1,3 miljard lichtjaar afstand is vastgelegd in deze allereerste grafiek van zwaartekrachtgolven:
 
Ca8aBGlWEAI4t9D (1).jpg
Ca8aBGlWEAI4t9D (1).jpg (143.56 KiB) 333 keer bekeken
 
De golven zijn ongeveer 24 keer zo sterk (10-21) als het ruisniveau van Ligo, en zijn op 14 september 2015 zowel door Ligo in Louisiana en 7 milliseconden later door de Ligo detector in Hanford (Washington) aangetroffen, een sterk bewijs dat het niet om een lokale verstoring kan gaan. De frequentie van het signaal was een sweep van 35 tot 250 Hz.
 
Gaby González van Ligo meldt in het kort het volgende:
De grafiek komt zeer fraai overeen met de theoretische waarden en computersimulaties van twee samensmeltende black holes van 29 en 36 zonmassa's. Bij het samensmelten werd een hoeveelheid energie gelijk aan 3 Zonmassa's in de vorm van gravitatiegolven de ruimte ingejaagd, zodat de massa van het nieuwe black hole ongeveer 62 zonmassa's is. De richting van waar het signaal kwam was in het zuidelijk halfrond, in de buurt van de Grote Magelhaense wolk.
 
Kip Thorne meldt dat gedurende de paar milliseconden die de samensmelting duurde een hoeveelheid energie de ruimte is ingejaagd die ongeveer 50 keer zo groot was als de uitgestraalde energie van alle sterren in het waarneembare heelal tezamen. Maar na een reis van 1,3 miljard jaar is de golf die we hier op Aarde detecteren nog maar een nauwelijks waarneembaar rimpeltje in het weefsel van de ruimtetijd.
 
Er is heel veel tijd gestoken in het controleren van de ontdekking, reden waarom ze nu pas wereldkundig wordt gemaakt. Er is inmiddels een peer-reviewed artikel uitgebracht inzake de ontdekking, dat als bijlage is toegevoegd.
 
Image2.jpg
Image2.jpg (94.78 KiB) 333 keer bekeken
De golf volgens het theoretisch model en de samensmelting van de zwarte gaten. Bron: zie bijlage.
 
Image3.jpg
Image3.jpg (57.51 KiB) 333 keer bekeken
De onderlinge afstand en snelheid tijdens de laatste milliseconden van de fusie. Bron: zie bijlage.
 
Wetenschappelijk paper:
Motus inter corpora relativus tantum est.

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Er zijn 2 vragen die bij mij opkomen:
 
1.hoe verder de afstand van ons is verwijdert hoe krachtiger de zwaartekrachtsgolven?
2.maakte de bigbang ook zwaartekrachtsgolven?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.412

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Opmerking moderator

Een aantal vragen en antwoorden zijn verplaatst naar een eigen topic klik 
 
@Zenn:
1.hoe verder de afstand van ons is verwijdert hoe krachtiger de zwaartekrachtsgolven?
2.maakte de bigbang ook zwaartekrachtsgolven?
1: Nee, niet in de aard van de zaak. De sterkte van de golven hangt alleen af van de massa's en de versnelling. Wel is het natuurlijk zo, dat hoe verder weg de bron is, hoe krachtiger de golven moeten zijn om hier nog gedetecteerd te kunnen worden.
2: Ja. En het in detail waar kunnen nemen van die golven zou ontzettend spannend kunnen zijn, omdat de omstandigheden die extreem kort na de oerknal aanwezig waren daarmee 'in beeld' gebracht kunnen worden en de studie daarvan mogelijk meer licht werpt op het grote probleem waarmee de wetenschap worstelt: De vereniging van de Algemene Relativiteit met de kwantummechanica.
 
Maar eerst zullen waarnemingen als deze routinewerk moeten worden. Ik neem aan dat er nu een boost komt voor het verdere onderzoek en naast de al op handen zijnde verbeteringen van eLigo er meer instrumenten gerealiseerd zullen worden.
 
Instrumenten zoals de eLisa vergelijkbaar met Ligo, maar nu in de ruimte gestationeerd, ver van storende invloeden en met detectoren van 4 miljoen km lang (tussen drie satellieten). Het proof of concept daarvoor, de Lisa pathfinder is kortgeleden gelanceerd.
 
Een ander initiatief is de Einstein Telescoop, ook een Ligo principe maar nu met drie armen van 10 km lengte, zodat de richting van de bron nauwkeuriger kan worden bepaald. Wellicht komt dit instrument in Nederland (de Sint-Pietersberg in Limburg is wel genoemd).
 
Het zal nog wel decaden kosten voor we zover zijn dat dit soort routinewerk met precisie-instrumenten gerealiseerd wordt, maar het belangrijkste voor nu is dat we er een in potentie enorm krachtig 'zintuig' bij hebben en er een nieuw tijdperk van onderzoek zal aanbreken.
 
En passant (dit zou ik bijna vergeten) is natuurlijk ook 'even' de fusie van twee zwarte gaten geobserveerd, een fenomeen dat tot deze waarneming alleen op het papier van de theoretici bestond.
 
Inmiddels is er al een paper opgedoken dat de astrofysische implicaties van de ontdekking behandelt: 
 
For the first time we have observational evidence that BBH systems actually form in nature, with properties such that they merge in the local Universe. This is a unique conrfimation of numerous theoretical predictions over the past forty years that merging BBHs can form, from both isolated binaries in galactic fields and from dense stellar environments.
noot m.u.: BBH = binary black hole
 
Paper:
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.609

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Michel Uphoff schreef: op 1,3 miljard lichtjaar afstand
Daar zat ik nog mee vast. Ik snap dat ze met de 2x2 buizen kunnen inschatten waar in de hemel ze moeten kijken, maar hoe weten ze hoe ver die 2 zwarte gaten gefuseerd zijn?
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet

And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign

-Alanis Morisette-

Gebruikersavatar
Berichten: 556

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Als er b.v. een atoombom valt, of een aardverschuiving voorkomt, dan zijn er ook golven, die zonder twijfel ook wervelingen en golven op het aardvlak veoorzaken. Kan men die golven in de zwaartekracht van de aarde ook niet als een soort zwaartekrachtsgolven zien?


Gebruikersavatar
Donateur
Berichten: 342

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Prachtig niet? Het genie Einstein!
 
Dit is vast een beetje een domme vraag, maar waarom worden de gravitatiegolven transversaal verondersteld?
Condemnant Quod Non Intellegunt

Gebruikersavatar
Donateur
Berichten: 342

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

<i>Dus we kunnen nu ook 'luisteren' naar het heelal idd een extra zintuig dan.</i>
 
"Een belangwekkend aspect van precieze waarnemingen aan zwaartekrachtgolven is dat ze ons in de toekomst in staat zullen stellen 'achter' de achtergrondstraling te kijken." schreef dhr. Uphoff.
 
- Is dat alles wat we/men aan deze ontdekking zullen/zal hebben?
 
"Wel is het natuurlijk zo, dat hoe verder weg de bron is, hoe krachtiger de golven moeten zijn om hier nog gedetecteerd te kunnen worden." - dhr Uphoff
 
= omdat andere gravitatiegolven deze opheffen? 
Condemnant Quod Non Intellegunt

Gebruikersavatar
Donateur
Berichten: 342

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

cock schreef: Als er b.v. een atoombom valt, of een aardverschuiving voorkomt, dan zijn er ook golven, die zonder twijfel ook wervelingen en golven op het aardvlak veoorzaken. Kan men die golven in de zwaartekracht van de aarde ook niet als een soort zwaartekrachtsgolven zien?
 
NJa, maar de gravitatiegolven 'die daarbij ontstaan' zijn veel te klein om (ooit) te meten. Niet eens wanneer de atoombom na het vallen zou ontploffen. (lijkt mij)
Condemnant Quod Non Intellegunt

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.412

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

maar hoe weten ze hoe ver die 2 zwarte gaten gefuseerd zijn
Goede vraag!

Vraag mij niet het even voor te rekenen, maar het zit ongeveer als volgt:

Als je eenmaal weet wat de massa van het systeem is, dan kan de 'amplitude' van de golf ter plekke worden berekend. Ken je zo de uitgezonden en de ontvangen 'amplitude', dan volgt daaruit de afstand. De amplitude neemt omgekeerd evenredig aan de afstand af.

Het is dus zaak de (totale) massa te kennen. Het blijkt uit de vergelijkingen dat er bij een bepaalde massa een bepaald frequentieverloop hoort. Die bepaalde massa heet de 'chirp mass'. De verklaring daarvoor is dat naarmate de twee massa's elkaar naderen er meer en meer massa omgezet wordt in gravitatie-energie en er dus massaverlies optreedt. Tevens neemt de omloopfrequentie toe. Dit leidt tot een 'frequentiesweep' met een karakteristiek verloop en maximum die afhankelijk zijn van de totale massa.

Hoe het exact uitgerekend wordt weet ik niet uit mijn hoofd, maar het is niet lastig je voor te stellen dat de maximale frequentie afhankelijk is van de diameters (en daarmee de massa's) van de black holes. Als hun event horizons elkaar raken is het afgelopen met het toenemen van de omloopfrequentie, en hun baansnelheid wordt beperkt tot die van het licht. Dus zal een groter en dus zwaarder zwart gat een lagere maximale frequentie kennen.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Berichten: 9.614

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Off-topic, maar het moet even van mijn hart: Wat knap hoe je enorm complexe materie, en dan nog materie waar je zelf de ins en outs niet volledig van kent, toch in een paar zinnen heel helder weet uit te leggen!
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.609

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

TommyWhite schreef:Dit is vast een beetje een domme vraag, maar waarom worden de gravitatiegolven transversaal verondersteld?
 

Omdat als je een antenne zou richten op waar de straling vandaan komt, de antenne niet begint te trillen in de richting van de straling, maar enkel in de richtingen er loodrecht op.

 
TommyWhite schreef:Is dat alles wat we/men aan deze ontdekking zullen/zal hebben?
 
Zo ongeveer wel, ja. Maar het is belangrijk, omdat we op die manier verder terug kunnen zien dan 300.000 jaar na de oerknal, waarschijnlijk zelfs tot op de oerknal zelf.
 
Zwaartekrachtsgolven zijn namelijk golven in de ruimtetijd zelf, en worden voor zo ver we weten niet beïnvloed door materie. Dus ook al zat alle materie dicht op elkaar na de oerknal, de zwaartekrachtsgolven konden er ongehinderd door.
 
TommyWhite schreef:= omdat andere gravitatiegolven deze opheffen?
 
Nee, omdat ze stiller en stiller worden als je verder en verder gaat. Net zoals bij geluid. En op een gegeven moment zijn ze te stil om nog te horen.
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet

And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign

-Alanis Morisette-

Berichten: 133

Re: Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

Bedankt voor de uitleg zover, dit was ook een vraag die direkt bij mij opkwam, maar niet in de artikelen is terug te vinden.
 
Ik zal ook maar even zo lomp zijn om meerdere vragen hier neer te plempen.
 
1. is er iets bekend over de snelheid van de gedetecteerde zwaartekrachtgolven? Is dat lichtsnelheid?
2. blijkbaar neemt de amplitude van de golf over afstand af, waaruit dan de oorsprong van de golf berekend kan worden. Ik weet dat zwaartekracht zelf over afstand in kracht afneemt, maar een golf in ruimtetijd zelf kan toch niet in amplitude afnemen? Zoja, wat is hetgene dat de amplitude laat afnemen?
- opgezocht, dispersie.
3. kan ik hier ruimtetijd als medium beschouwen voor zwaartekrachtgolven?
4. Is dit wat ze bedoelen met een golf in ruimtetijd zoals met de alcubierre aandrijving wordt bedoeld?

Reageer