Nowe przełomowe odkrycia w astronomii fal grawitacyjnych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Nowe przełomowe odkrycia w astronomii fal grawitacyjnych"

Lidia Łukasik
5 lat temu
Przeglądów:

1 Nowe przełomowe odkrycia w astronomii fal grawitacyjnych Andrzej Królak Lider zespołu Polgraw-Virgo 1

2 Co będzie na wykładzie? Fale grawitacyjne i teoria grawitacji Źródła fal grawitacyjnych Detektory fal grawitacyjnych Pierwsza detekcja fal grawitacyjnych ze zlania się czarnych dziur Pierwsza detekcja fal grawitacyjnych ze zlania się gwiazd neutronowych Astronomia fal grawitacyjnych 2

3 Co to są fale grawitacyjne Fala to zaburzenie, które się propaguje. Co jest zaburzane w wyniku propagacji fali grawitacyjnej? Czasoprzestrzeo! 3

4 Grawitacja według Newtona Działanie na odległośd: 4

5 Grawitacja według Einsteina Równania Einsteina G μν = 8πG/c 4 T μν Materia mówi czasoprzestrzeni jak się zakrzywiad, a zakrzywiona czasoprzestrzeo materii jak się poruszad 5

6 Jak zrobid falę grawitacyjną h» 32p 2 GM R 2 2 f orb!!! rc 4 Spróbuj we własnej pracowni! 1000 kg M = 1000 kg R = 1 m f = 1000 Hz r = 300 m h ~ kg 6

7 Źródła fal grawitacyjnych q Zlewanie układów podwójnych gwiazd np. gwiazd neutronowych, czarnych dziur Wybuchy gwiazd supernowych Stochastyczne promieniowanie tła powstałe po wielkim wybuchu Rotujące gwiazdy neutronowe pulsary 7

8 Fale grawitacyjne 8

9 Sygnał fali grawitacyjnej ze zlania się dwóch czarnych dziur - Kip S. Thorne Advanced R & D Proposal -NSF Technical Review, October

10 Jak działa detektor fal grawitacyjnych 10

11 Detektory LIGO 11

12 Interferometr LIGO Pre-stabilized Laser 200W, 1064 nm Active Seismic Isolation 40 kg Test Mass Mirror Input Optics Output Mode Cleaner 12 Auxiliary Laser

13 Sieć detektorów fal grawitacyjnych Advanced LIGO Hanford GEO600 Advanced Virgo Advanced LIGO Livingston LIGO-India KAGRA 13

Roma Tor Vergata INFN Trento-Padova LAL Orsay ESPCI Paris LAPP Annecy LKB Paris LMA Lyon

14 Detektor VIRGO 6 krajów UE 20 labs, ~250 autorów APC Paris ARTEMIS Nice EGO Cascina INFN Firenze-Urbino INFN Genova INFN Napoli INFN Perugia INFN Pisa INFN Roma La Sapienza INFN Roma Tor Vergata INFN Trento-Padova LAL Orsay ESPCI Paris LAPP Annecy LKB Paris LMA Lyon NIKHEF Amsterdam POLGRAW(Poland) RADBOUD Uni. Nijmegen RMKI Budapest University of Valencia 14

15 Jak wykryd sygnał fali grawitacyjnej w szumie detektora? Źródło: Układ podwójny Schowany w szumie detektora: Generuje sygnał FG: h Dopasowane wzorce wyciągają sygnał z szumu detektora: Ćwierk 15

Lokalizacja źródła Jaranowski & Krolak, Optimal solution to the inverse problem for the gravitational wave signal of a coalescing compact binary, Phys. Rev.

16 Lokalizacja źródła Jaranowski & Krolak, Optimal solution to the inverse problem for the gravitational wave signal of a coalescing compact binary, Phys. Rev. D, 49, , (1994) Wyznaczenie położenia źródła sygnału fali grawitacyjnej z czasów nadejścia sygnału w 3 detektorach. 16

17 Pierwsza bezposrednia detekcji fali grawitacyjnej GW Niezwykle czuły detektor Doskonałe modele wykrywalnych źródeł FG Wyrafinowane metody analizy danych, a i przyroda była dla nas łaskawa nie było gwarancji, że detektory LIGO wykryją fale grawitacyjne! 17

18 Dwa odkrycia 1. Po raz pierwszy zarejestrowano sygnał fali grawitacyjnej na Ziemi 2. Po raz pierwszy zaobserwowano zlanie się układu podwójnego czarnych dziur w jedną czarną dziurę Powstała czarna dziura jest doskonale zgodną z czarną dziurą Kerra, która jest rozwiązaniem równao Einsteina 18

19 Znaczenie odkrycia Teoria względności została zweryfikowana w najbardziej ekstremalnej sytuacji wokół horyzontu zdarzeo czarnej dziury i tam gdzie prędkości są bliskie prędkości światła. Nowa dziedzina astronomia fal grawitacyjnych została otwarta. 19

20 1.3 miliardów lat temu Czarna dziura #1 36X bardziej masywna niż Słooce Czarna dziura #2 29X bardziej masywna niż Słooce Symulacja zwolniona 100x Andy Bohn, François Hébert, and William Throwe, SXS 20

21 Proces zlania dwóch czarnych dziur 21

22 W wyniku zlania 3 masy słooca zostały zamienione na fale grawitacyjne Andy Bohn, François Hébert, and William Throwe, SXS 22

23 Pierwsza detekcja fali grawitacyjnej GW przez 3 detektory 23

24 Swift: NASA E/PO, Sonoma State U., Aurore Simonnet Generating and Distributing Prompt Alerts LIGO Hanford Przekaż dane Dane LIGO Livingston GEO 600 Virgo LIGO-India KAGRA Analizuj dane, znajdź kandydatów, określ położenie na niebie Oceń szum Baza kandydat ów Wyślij do obserwatoriów Sprawdź Wybierz kandydatów 24

25 Wieloaspektowe obserwacje z falami grawitacyjnymi Zlanie gwiazd neutronowych Fale grawitacyjne Promieniowanie X i gamma Światło widzialne Fale radiowe Neutrina 25

26 Co zostało wykryte? Detektory LIGO i Virgo zarejestrowały sygnał fali grawitacyjnej pochodzący ze zlewania się dwóch gwiazd neutronowych Satelity Fermi i Integral uchwyciły towarzyszące temu zlaniu błyski gamma Obserwatoria optyczne zaobserwowały towarzyszącą zlaniu kilonovę 26

27 Proces zlania dwóch gwiazd neutronowych 27

28 Lokalizacja źródła 28

29 Tablica okresowa pierwiastków Wytworzone w wyniku zlania się gwiazd neutronowych (kolor żółty) 29

30 Co to odkrycie oznacza? 1. Potwierdza raz jeszcze słusznośd ogólnej teorii względności 2. Potwierdza hipotezę, że źródłem krótkich błysków gamma są zlewające się układy podwójne, których przynajmniej jednym składnikiem jest gwiazda neutronowa Wkład prof. Andrzej Trautmana w zrozumienie zjawiska fali grawitacyjnej Wkład prof. Bogdana Paczyoskiego: wysunął hipotezę, że krótkie błyski gamma powstają w wyniku zlania się gw. neutronowych, przewidział zjawisko kilonovej. 30

31 Wykryte sygnały fal grawitacyjnych 31

32 Lokalizacja źródeł 32

33 Masy czarnych dziur i gwiazd neutronowych 33

34 Sznur pereł 1. Związek z błyskiem gamma 2. Wyznaczenie stałej Hubbla H 0 3. Pozostałośd po zlaniu gwiazd neutronowych. 4. Pochodzenie układu podwójnego 5. Tło sygnałów fal grawitacyjnych ze zlewania się gwiazd neutronowych 6. Obserwacje neutrin 7. Własności źródła fal grawitacyjnych 8. Testowanie ogólnej teorii względności 34

35 Nagroda Nobla z Fizyki w 2017r za detekcję fal grawitacyjnych Ray Weiss Barry Barish Kip Thorne (doświadczalnik) (menedżer) (astrofizyk) 35

36 Udział Polaków Zespół Polgraw-Virgo - 10 autorów publikacji Członkowie innych obserwatoriów - 32 autorów publikacji Pi of the Sky epessto PIERRE Szczecin AUGER COLLABORATION 36

Podobne dokumenty

Narodziny astronomii fal grawitacyjnych. Andrzej Królak

Narodziny astronomii fal grawitacyjnych Andrzej Królak 1 Co będzie na wykładzie? Fale grawitacyjne i teoria grawitacji Źródła fal grawitacyjnych Detektory fal grawitacyjnych Pierwsza detekcja fal grawitacyjnych