Unsa ang mga Gravitational Waves ug ang Ilang Nadiskobrehan
Ang mga balud sa grabidad usa sa labing katingalahang mga nadiskobrehan sa modernong pisika tungod kay kini naghatag sa mga tawo og "bag-ong paagi" sa pag-obserbar sa uniberso. Samtang ang astronomiya kaniadto nagsalig sa kahayag—gikan sa makita nga kahayag, radyo, infrared, hangtod sa X-ray—ang mga balud sa grabidad nagtugot kanato nga makadungog sa "mga pag-vibrasyon" sa wanang ug oras mismo. Kini nga panghitabo dili lamang usa ka teorya; ang mga balud sa grabidad direktang namatikdan, nga nagbukas sa usa ka bag-ong kapitulo sa panukiduki sa kosmiko, labi na bahin sa mga grabe nga butang sama sa mga black hole ug mga bituon sa neutron.
Unsa ang mga balud sa grabidad?
Sa yanong pagkasulti, ang mga gravitational wave kay mga ripples o "mga balud" nga mokaylap sa space-time tungod sa pagpadali sa usa ka dako kaayong masa. Ang konsepto sa space-time naggikan sa General Theory of Relativity ni Albert Einstein (1915), nga nagtan-aw sa gravity dili isip usa ka madanihon nga puwersa, sama sa Newtonian physics, apan isip usa ka kurbada sa space ug time tungod sa presensya sa masa ug enerhiya. Kung ang dagkong mga masa molihok sa piho nga mga paagi—pananglitan, duha ka itom nga lungag nga nagtuyok sa usag usa—ang kurbada sa space-time dinamikong mausab ug mopagawas sa mga kagubot nga mikaylap sa tanang direksyon. Kini nga mga kagubot gitawag og gravitational wave.
Ang mga balud sa grabidad mobiyahe sa katulin sa kahayag. Apan, ang ilang epekto sa mga butang nga ilang maagian gamay ra kaayo. Handurawa ang duha ka punto nga usa ka kilometro ang gilay-on: ang usa ka moagi nga balud sa grabidad makausab sa maong distansya nga mas gamay pa sa diyametro sa usa ka proton. Busa, bisan tuod ang ideya naglungtad sukad pa sa sayong bahin sa ika-20 nga siglo, nagkinahanglan kini og hilabihan ka sopistikado nga teknolohiya aron pamatud-an kini.
Mga tinubdan sa mga balud sa grabidad sa uniberso
Dili tanang paglihok sa masa makamugna og masukod nga mga balud sa grabidad. Ang adlaw-adlaw nga mga panghitabo sama sa naglihok nga sakyanan o nagdagan nga tawo teknikal nga nagpagawas og mga balud sa grabidad, apan ang ilang mga amplitude gamay ra kaayo aron mamatikdan. Ang maobserbahan nga mga balud sa grabidad kasagarang naggikan sa mga panghitabo sa kosmiko nga naglambigit sa dagkong mga masa, grabeng mga akselerasyon, ug dili simetriko nga paglihok.
Ang pipila sa mga nag-unang tinubdan sa mga balud sa grabidad naglakip sa:
1. Paghiusa sa itom nga lungag
Duha ka nag-orbit nga black hole ang mawad-an og enerhiya pinaagi sa mga gravitational wave, ang ilang mga orbit mokunhod, ug sa kadugayan kini mabangga ug maghiusa. Kini nga panghitabo makamugna og usa ka kusgan nga signal sa gravitational wave.
2. Paghiusa sa bituon sa neutron
Ang usa ka neutron star mao ang dasok ug nahibiling kinauyokan sa usa ka dakong bituon. Kung maghiusa ang duha ka neutron star, dugang pa sa paghimo og mga gravitational wave, kini nga panghitabo mahimo usab nga mopagawas og kahayag sa lainlaing mga wavelength ug makahimo og bug-at nga mga elemento sama sa bulawan.
3. Mga supernova ug dagkong pagbuto sa mga bituon
Ang pagkahugno sa kinauyokan sa usa ka bituon usahay dili simetriko ug mahimong mopagawas ug mga balud sa grabidad, bisan kung ang pag-ila niini lisod kaayo.
4. Dili hingpit nga pagtuyok sa mga bituon sa neutron
Kon ang usa ka neutron star motuyok nga adunay gamay nga "bump" o iregularidad, kini makapagawas ug mga balud sa grabidad nga padayon.
5. Mga primordial nga balud sa grabidad
Adunay usa ka hipotesis nga uniberso Ang mga unang yugto nagpatunghag mga balud sa grabidad nga "nagyelo" sa kosmikong background. Kung mamatikdan, kini makahatag og mga timailhan bahin sa unang mga segundo pagkahuman Big bang.
Gikan sa teorya ni Einstein hangtod sa unang pamatuod
Gitagna ni Einstein ang mga gravitational wave niadtong 1916 (ug gipino kini niadtong 1918) base sa mga equation sa General Relativity. Apan sulod sa mga dekada, ang mga siyentista nagdebate kung ang mga gravitational wave tinuod ba o mga mathematical artifact lang. Ang kalisud naggikan sa kamatuoran nga ang spacetime dinamiko; ang pagsabot kung unsa ang "tinuod" nga masukod dili kanunay sayon.
Usa ka importanteng kausaban ang nahitabo sa tunga-tunga sa ika-20 nga siglo sa dihang naugmad ang teorya sa relativity ug nasabtan sa mga pisiko nga ang mga gravitational wave nagdala og tinuod nga enerhiya. Kon ang usa ka sistema mawad-an og enerhiya pinaagi sa pagpagawas sa mga gravitational wave, nan ang orbito o paglihok niini kinahanglan nga mausab sa masukod nga paagi.
Dili direkta nga ebidensya: Hulse–Taylor binary pulsars
Niadtong 1974, duha ka astronomo—sila si Russell Hulse ug Joseph Taylor—nakadiskubre og binary pulsar system nga gitawag og PSR B1913+16. Ang mga pulsar mga neutron star nga mopagawas og mga periodic radio signal sama sa "mga parola." Sa usa ka binary system, ang pulsar molibot sa laing neutron star. Katingad-an, ang orbital period niini nga sistema hinayhinay nga mikunhod: ang duha ka butang nagkaduol na.
Kini nga pagkunhod tukma kaayo nga nahiuyon sa mga panagna sa General Relativity bahin sa pagkawala sa enerhiya pinaagi sa mga gravitational waves. Kini naghatag ug lig-on kaayo nga dili direktang ebidensya nga adunay mga gravitational waves. Tungod niini nga nadiskobrehan, si Hulse ug Taylor nakadawat sa 1993 Nobel Prize sa Physics.
Direktang nadiskobrehan: LIGO ug "nakadungog" nga mga bangga sa itom nga lungag
Bisan pa sa lig-on nga dili direktang ebidensya, ang mga siyentista nagpadayon gihapon sa direktang pag-ila: ang pagkuha sa mga balud sa grabidad samtang kini moagi sa Yuta. Kini nga paningkamot nag-atubang og dakong mga hagit tungod kay ang mga amplitude sa mga balud gamay ra kaayo. Ang solusyon mao ang paggamit og laser interferometer, usa ka aparato nga makasukod sa gagmay kaayo nga mga pagbag-o sa distansya.
Giunsa molihok ang LIGO?
Ang LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) usa ka dakong proyekto sa Estados Unidos nga adunay duha ka pangunang pasilidad: usa sa Hanford, Washington, ug usa sa Livingston, Louisiana. Ang matag usa adunay 4-kilometros nga gitas-on nga bukton sa interferometer. Ang laser beam gibahin sa duha ka beam nga mobiyahe balik-balik subay sa mga bukton, dayon maghiusa pag-usab. Kung moagi ang usa ka gravitational wave, gamay ra kaayo ang pagbag-o sa epektibo nga gitas-on sa mga bukton, nga moresulta sa masukod ug nabag-o nga interference pattern.
Ang pagbaton og duha ka detector sa lain-laing lokasyon importante aron masiguro nga ang naobserbahan nga signal dili tungod sa lokal nga interference (sama sa gamay nga linog, pag-uyog sa sakyanan, o uban pang mga hinungdan sa palibot). Kon ang duha ka detector makakita og makanunayong pattern nga adunay makatarunganon nga time lag, ang signal mas lagmit nga usa ka gravitational wave gikan sa kawanangan.
Unang pag-ila: GW150914
Niadtong Septiyembre 14, 2015, ang LIGO nakamatikod og signal nga sa ulahi ginganlan og GW150914. Kini nga signal naggikan sa paghiusa sa duha ka black hole nga adunay masa nga mga napulo ka pilo sa masa sa Adlaw, nga nahitabo labaw sa usa ka bilyon nga light-years gikan sa Yuta. Kini nga panghitabo nakamugna og "chirp": usa ka paspas nga pagtaas sa frequency ug amplitude nga nakaabot sa kinapungkayan samtang ang duha ka black hole naghiusa, dayon mihubas.
Ang opisyal nga pahibalo gihimo niadtong Pebrero 2016 ug diha-diha dayon giila nga usa ka dakong hitabo. Kini nga nadiskobrehan dili lamang direktang nagpamatuod sa mga balud sa grabidad, apan nagtimaan usab sa unang direktang pag-ila sa usa ka binary black hole system.
Tungod sa ilang dakong kontribusyon sa LIGO, ang 2017 Nobel Prize in Physics gihatag ngadto nila ni Rainer Weiss, Barry C. Barish, ug Kip S. Thorne.
Ngano nga importante ang pagdiskobre sa mga gravitational wave?
Ang pag-ila sa mga balud sa grabidad kanunay gitawag nga sinugdanan sa panahon sa astronomiya sa balud sa grabidad. Adunay daghang mga hinungdan ngano nga kini rebolusyonaryo:
1. Pag-abli sa bag-ong mga "senso" aron maobserbahan ang uniberso
Daghang mga butang sa kosmiko, sama sa mga black hole, ang dili daling mamatikdan nga kahayag. Ang mga gravitational wave nagtugot kanato sa pagtuon niini nga mga butang direkta pinaagi sa ilang mga epekto sa spacetime.
2. Pagsulay sa kinatibuk-ang relatibidad ubos sa grabeng mga kondisyon
Ang paghiusa sa mga black hole naglambigit og kusog kaayo nga grabidad ug taas kaayo nga katulin. Naghatag kini og natural nga laboratoryo para sa pagsulay sa mga teorya ni Einstein sa grabeng mga kondisyon nga lisod kopyahon sa Yuta.
3. Sabta ang gigikanan sa mga bug-at nga elemento
Ang paghiusa sa mga bituon sa neutron napamatud-an nga nalangkit sa pagporma sa mga bug-at nga elemento pinaagi sa proseso sa r (paspas nga pagkuha sa neutron). Makatabang kini sa pagtubag sa pangutana: asa gikan ang mga neutron? ang gigikanan sa bulawan ug platinum sa uniberso?
4. Pagmapa sa populasyon sa mga black hole ug mga neutron star
Uban sa daghang mga pag-detect, masukod sa mga siyentista ang distribusyon sa masa, mga rate sa paghiusa, ug kasaysayan sa pagkaporma niining mga compact nga butang.
Pagsira
Ang mga balud sa grabidad mga ripple sa spacetime nga gitagna ni Einstein kapin sa usa ka siglo ang milabay ug sa katapusan gikumpirma pinaagi sa dili direktang ebidensya sa binary pulsars ug direktang pag-detect sa LIGO niadtong 2015. Kini nga nadiskobrehan dili lamang usa ka teknikal nga kalampusan, apan usa ka pagbag-o sa paagi sa pagtan-aw sa mga tawo sa kosmos: mahimo na natong "maminaw" sa uniberso, dili lang kini makita. Samtang nag-uswag ang mga bag-ong detector ug global nga kolaborasyon (sama sa Virgo sa Europe, KAGRA sa Japan, ug ang giplano nga LISA sa kawanangan), ang kaugmaon sa astronomiya sa gravitational wave gilauman nga mahimong mas dato, nga magdala kanato nga mas duol sa mga tubag sa pinakadakong mga misteryo sa uniberso.
