LIGO เห็นอะไรจริงๆ (การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง)

ฉันกำลังพยายามค้นหาวิดีโอ / ภาพต้นฉบับของสิ่งที่ LIGO เห็นจริง ๆ แต่ทั้งหมดที่ฉันสามารถค้นหาได้คือการแสดงผลคลื่นความโน้มถ่วงของศิลปิน

ภาพที่เกิดขึ้นจริงไม่มาก ฉันสามารถค้นหาได้จากวิทยาศาสตร์และนี่คือทั้งหมด:

มันเป็นระลอกคลื่นที่มองเห็นในเวลาที่ต่างกันเล็กน้อยจากหอดูดาวสองแห่ง การปรับให้เหมาะอย่างสมบูรณ์แบบโดยการขยับด้วยความเร็วของความแตกต่างของแสงในสถานที่ของพวกเขา ดังนั้นจึงเป็นข้อพิสูจน์ของคลื่นแรงโน้มถ่วง

ควรสังเกตว่าเหตุผลที่มีสองเครื่องมือคือการให้การตรวจสอบข้ามกับแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนอื่น ๆ หอดูดาวแต่ละแห่งทำงานโดยตรวจจับการสั่นสะเทือนในระดับ 4 กม. จนถึงขนาดที่เล็กมาก (1 / 10,000 ความกว้างของโปรตอน) เมื่อมีการเปรียบเทียบทั้งสองสัญญาณจะถือว่าสัญญาณมาจากแหล่งที่ไม่ได้อยู่ในท้องที่ซึ่ง Gravity Waves เท่านั้นที่จะเข้ากับคำจำกัดความนั้น

ก่อนอื่นฉันคิดว่าคำถามของคุณไม่เข้าใจธรรมชาติของหอสังเกตการณ์ LIGO ธรรมชาติของเครื่องตรวจจับคือพวกมันทำหน้าที่เหมือนไมโครโฟนตรงข้ามกับกล้อง หมายความว่าพวกมันไวต่อคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากทิศทางส่วนใหญ่ แต่ไม่มีความสามารถในการแยกแยะว่าคลื่นมาจากที่ใด ด้วยการใช้เครื่องตรวจจับหลายตัว (ซึ่งจำเป็นสำหรับการตรวจจับที่มั่นใจ) ความแตกต่างของเวลาระหว่างเครื่องตรวจจับสามารถใช้เพื่อให้ความคิดเกี่ยวกับตำแหน่งของแหล่งกำเนิด นอกจากนี้ยังหมายความว่าเอาต์พุตของเครื่องตรวจจับเป็นกระแสข้อมูลเดียว

ภาพจากกระดาษนี้ใน Physical Review Letters (ไม่ใช่หลัง paywall) เป็นบทสรุปที่ดีกว่าของสิ่งที่ LIGO ได้ยินมากกว่าคำตอบที่ยอมรับในปัจจุบัน ฉันจะอธิบายบานหน้าต่างจากบนลงล่าง

1. บานหน้าต่างด้านบนจะแสดงสัญญาณ 'ดิบ' ที่ตรวจวัดในเครื่องตรวจจับสองตัวที่มีข้อมูล H1 ซ้อนทับบนข้อมูล L1 ทางด้านขวา
2. แถวที่สองของบานหน้าต่างแสดงจำนวนของการจำลองที่แตกต่างกันของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ทฤษฎีของ Einstein) คาดการณ์สำหรับคลื่นความโน้มถ่วง การจำลองเหล่านี้เป็นวิธีที่ LIGO สามารถอ้างได้ว่าพวกเขารู้ว่าคลื่นเกิดจากการรวมกันของหลุมดำสองแห่ง
3. แถวที่สามของบานหน้าต่างคือข้อมูล 'ดิบ' ลบด้วยการจำลอง
4. บานหน้าต่างด้านล่างเป็นอีกวิธีหนึ่งในการวางแผนข้อมูล 'ดิบ' ที่เรียกว่าพล็อตความถี่เวลา เวลาอยู่บนแกน x และความถี่อยู่บนแกน y สำหรับบุคคลจากสนามสัญญาณนี้เป็นลักษณะที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดของการควบรวมกิจการหรือที่รู้จักกันในชื่อเจี๊ยบ เมื่อเวลาผ่านไปความถี่จะเลื่อนสูงขึ้น จริงๆคุณสามารถฟังเจี๊ยบ 'ดิบ' ที่นี่

LIGO ไม่ได้ "เห็น" อะไรเลย มันจะตรวจสอบความยาวสัมพัทธ์ของเส้นทางที่ถ่ายโดยลำแสงเลเซอร์สองอันในท่อสุญญากาศยาวประมาณ 4 กม. (แม้ว่าเส้นทางเลเซอร์จะประกอบไปด้วยระยะทางประมาณ 75 ครั้งการขึ้นและลงของแขน) และมุมฉากซึ่งกันและกัน

คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสงเปลี่ยนอัตราส่วนของความยาวเหล่านี้ (อันหนึ่งสั้นลงหนึ่งอันจะใหญ่กว่าจากนั้นสลับ) โดยประมาณบวกหรือลบ 1 ส่วนใน (พันล้านล้านล้าน) ประมาณ 30 -200 ครั้งต่อวินาทีเมื่อมันผ่านเครื่องมือ$10^{21}$

เหตุการณ์ทั้งหมดกินเวลาประมาณ 0.3 วินาทีและการติดตาม (ซึ่งเป็นข่าวทั้งหมด) เพียงบันทึกเศษส่วนที่ความยาวของแขนเปลี่ยนไปตามหน้าที่ของเวลา

เหตุการณ์ถูกบันทึก (เกือบ) พร้อมกันโดยสองการตั้งค่าที่เหมือนกันเกือบในส่วนต่าง ๆ ของสหรัฐอเมริกา การตรวจจับสัญญาณเดียวกันในเครื่องตรวจจับทั้งสองจะกำหนดสาเหตุของความไม่สงบในท้องถิ่นและการหน่วงเวลาเล็กน้อยระหว่างการตรวจจับทำให้ตำแหน่งที่ขรุขระของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงบนท้องฟ้า

ตามการสอน GW150914นี่คือสิ่งที่เครื่องตรวจจับ LIGO L1 และ H1 ขั้นสูงเห็น แต่เดิม:

คุณสามารถดาวน์โหลดข้อมูลดิบได้จากบทช่วยสอนนี้

คำตอบอื่น ๆ แสดงรูปแบบของคลื่นที่ถูกประมวลผลแล้ว (ขาว, กรอง, เปลี่ยนโดย 7 มิลลิวินาที, กลับด้าน)

กลไกการวัดจริงที่ LIGO ใช้คือเลเซอร์ interferometry ดังนั้นการตีความอย่างสมเหตุสมผลในสิ่งที่ LIGO "เห็น" จะเป็นรูปแบบการรบกวนที่เกิดจากคลื่นแรงโน้มถ่วงซึ่งจะ "ดู" สิ่งนี้:

น่าเสียดายที่ฉันไม่พบภาพของการรบกวนด้วยเลเซอร์ที่ LIGO พูดถึง มันอาจจะเล็กเกินไปสำหรับการถ่ายภาพ

กราฟอื่น ๆ ที่ผู้คนทำการเชื่อมโยงนั้นเป็นเพียงกราฟของข้อมูลรูปแบบการรบกวน การแสดงกราฟของข้อมูล LIGO เป็นคำตอบสำหรับคำถามนี้ก็เหมือนกับการแสดงภาพฮิสโตแกรมเป็นคำตอบสำหรับคำถามที่ว่า "กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมองเห็นอะไร"

ฉันไม่รู้ว่ามันน่าสนใจสำหรับคุณหรือเปล่า แต่นี่คือลิงค์ของบทความที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับการสังเกตการณ์เหล่านี้:

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

เมื่อคำตอบข้างต้นค่อนข้างตรงไปตรงมา! สิ่งที่กระดาษกล่าว (ในระยะสั้น) คือ LIGO ได้สังเกตสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงชั่วคราวและการสังเกตเหล่านี้ตรงกับการทำนายของรูปคลื่นที่ได้มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสำหรับระบบที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำสองแห่ง