Aallot ajua lisää
Viime kuussa Helsingissä vieraillut LIGO-tutkimusryhmän jäsen Stefano Foffa lupaili gravitaatioaaltouutisia kesäkuulle, emmekä joutuneet pettymään. Viikko sitten LIGO julkaisi toisen gravitaatioaaltohavaintonsa.
LIGOn ensimmäinen havaintokausi kesti neljä kuukautta, viime syyskuusta tammikuuhun. Ensimmäisen gravitaatioaaltonsa LIGO näki heti syyskuussa. Toinen aalto kulki Maapallon läpi tapaninpäivänä. LIGO saattoi nähdä niiden välissä lokakuussa kolmannenkin aallon, mutta todennäköisyys sille, että kyseessä on signaali eikä kohinaa on vain 87%, joten varmoja havaintoja on vain kaksi.
Sekä joulukuun että syyskuun aallot syntyivät kahden mustan aukon törmäyksessä. Syyskuun aukot olivat yllättävän isoja, niiden massa oli noin 30 Auringon massaa, joulukuun aukot olivat kevyempiä, 14 ja 8 Auringon massaa. Niinpä niiden lähettämät gravitaatioaallotkin olivat heikompia: törmäyksessä aukkojen massasta noin yhden Auringon verran muuttui gravitaatioaalloiksi. Tämä on vain kolmannes syyskuun törmäyksen aaltojen energiasta. LIGOn havaintoherkkyyden rajoissa oleva joulukuun aallon osa kesti sekunnin, minkä aikana 55 aallonharjaa pyyhki laitteiden läpi. Toisin kuin syyskuun aaltoa, tätä ei olisi havaittu, ellei sitä vastaavaa signaalia olisi löytynyt LIGO-ryhmän simulaatiokirjastosta. Uutta oli se, että ainakin toinen aukoista pyöri vinhaan akselinsa ympäri hyrrän lailla.
Toisen gravitaatioaallon näkeminen auttaa kartoittamaan poikkeamia yleisestä suhteellisuusteoriasta. Molemmat signaalit ovat sopusoinnussa sen kanssa, mitä suhteellisuusteoria ennustaa mustien aukkojen törmäyksistä. Teoria on kuitenkin sen verta monimutkainen, että tarvitaan lisää havaintoja kaikkien mahdollisten poikkeamien tarkkaan rajoittamiseen – tai jonkun niistä havaitsemiseen. Jotkut poikkeamat on nyt rajoitettu olemaan korkeintaan 10% luokkaa, toiset voisivat vielä olla muutaman sadan prosentin suuruisia.
LIGOn herkkyys paranee koko ajan. Tutkimusryhmä arvioi näkevänsä syksyllä alkavan puolen vuoden havaintokauden aikana ainakin kymmenen aaltoa. Ensi vuoden yhdeksän kuukautta kestävän kauden aikana haaviin pitäisi jäädä useita kymmeniä. Alun perin mustia aukkoja pidettiin eksoottisina kummajaisina. On sykähdyttävää ajatella, että jos LIGO saavuttaa suunnitellun herkkyyden, niin saamme elää aikana, jolloin mustien aukkojen törmäyksiä nähdään päivittäin.
Voitko kuvailla suomeksi mitä tarkoitetaan ”least-damped quasi-normal mode”:lla?
Tarkoittaako se aaltoyhtälön kompleksisia ominaisarvoja vähimmän vaimentumisen tilanteessa?
Kuinka tuollainen ennuste saadaan yleisestä suhteellisuusteoriasta? Muodostuuko kvasistationaarisia tiloja ja ovatko ne fysikaalisesti tulkittavissa?
Osaatko arvioida mikä merkitys aaltohäiriöihin ja vaimennukseen on mustan aukon ympäristön muulla massajakaumalla ja voisiko aukkoon jo jotuneen aineen massajakaumalla olla merkitystä?
Eniten minua kiinnostaa yhteensulautumisen jälkeinen ringdown-vaihe.
En asiayhteydestä irrotettuna osaa kommentoida tuota termiä.
En ymmärrä, mitä tarkoitat ”kvasistationaarisilla tiloilla” tässä.
Mustaan aukkoon joutuneen aineen jakaumalla ei ole merkitystä, ainakaan yleisessä suhteellisuusteoriassa. Ympäristön aineen jakaumalla ei oletettavasti ole merkitystä. (On tosin ehdotettu, että syyskuussa nähdyssä törmäyksessä olisi syntynyt myös gammasäteitä, ja että tämä selittyisi siten, että mustien aukkojen lisäksi systeemissä on merkittävästi muutakin ainetta, millä voisi olla vaikutusta. Tämä on kuitenkin varsin spekulatiivista.)
Kiinnostaa tuo aallon etenemisnopeus.
Mikä on ollut havaittujen aaltojen etenemisnopeus?
Mikä määrittää etenemisnopeuden?
Muttuuko nopeus väliaineessa kuten valolla?
Häviääkö samalla aallosta energiaa?
Vastasi havainnot teoriaa etenemisnopeuden suhteen?
Kimmo Metso:
Gravitaatioaallot etenevät yleisessä suhteellisuusteoriassa valonnopeudella, ja havainnot ovat sopusoinnussa tämän ennusteen kanssa. Aine ei vaikuta aaltojen etenemisnopeuteen. Aallot menettävät energiaa kun ne vuorovaikuttavat aineen kanssa (muuten niitä ei voisikaan havaita), mutta gravitaatioaaltojen vuorovaikutus on niin heikkoa, että energian menetys on pieni.
Kuumassa kahvissa tai sen pinnalla nähdään useita fysiikan ilmiöitä tai niiden analogioita kuten sääilmiöitä, hiukkasfysikaalisia ilmiöitä jne. Lusikalla on helppo tuottaa myös kaikkiallinen topologinen defekti, Falaco solitoni
https://www.google.fi/search?q=falaco+soliton&biw=1152&bih=585&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiqv9vf3sjNAhVDYJoKHULECz8QsAQIGA
Kerran näin sattumalta, miten kaksi samankokoista kahvipisaraa alkoi lähestyä toisiaan spiraaliratoja pitkin lopulta kieppuen yhteen aivan samoin kuin mustat aukot painovoima-aaltojen syntyessä. Lieneekö ilmiön energia peräisin haihtumisesta vai kahvin sisäisistä lämpövirroista, en ole vielä pohtinut.Joka tapauksessa ilmiö on hyvin harvinainen.
Käsittääkseni mustien aukkojen yhteensulautumisia voitaisiin käyttää Einsteinin ekvivalenssiperiaatteen pätevyysalueen testaamiseen (https://arxiv.org/abs/1604.06668) En tunne aihetta kovin perusteellisesti, mutta ilmiön suhteen lienemme lähestymässä mittaustarkkuutta jolla havaittu poikkeama tai sen puute olisivat kumpikin arvokkaita löytöjä sinänsä.
Pystytkö yhtään valottamaan asiaa ja sitä kuinka tutkimisen arvoisena tätä pidetään?
M Hiltunen:
Ekvivalenssiperiaate oli idea, jota Einstein käytti yleisen suhteellisuusteorian muotoilemisessa. Yleinen suhteellisuusteoria suurilta osin (mutta ei täysin) toteuttaa tämän periaatteen. (Oikeastaan ekvivalenssiperiaatteesta on useita erilaisia muotoja.)
Nykyaikaisesta näkökulmasta ekvivalenssiperiaate ei siis oikeastaan ole erillinen periaate, vaan yksi yleisen suhteellisuusteorian ominaisuus. Tämän ominaisuuden testaamista pidetään kyllä tärkeänä, mutta poikkeamat siitä ovat vain yksi esimerkki poikkeamista yleisestä suhteellisuusteoriasta.
Gravitaatioaaltoja käytetään poikkeamien etsimiseen yleisestä suhteellisuusteoriasta, ja ekvivalenssiperiaatetta tulee luodattua niiden myötä, mutta se ei tietääkseni ole erityisesti esillä.
Mainitsemasi artikkeli perustuu siihen ideaan, että syyskuun gravitaatioaallot ja samaan aikaan nähty gamnmasädepurkaus ovat peräisin samasta tapahtumasta, mutta ei tiedetä, onko tosiaan näin, ja ajatusta pidetään melko spekulatiivisena.