ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன மற்றும் அவற்றின் கண்டுபிடிப்பு யாது?

ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன மற்றும் அவற்றின் கண்டுபிடிப்பு

ஈர்ப்பு அலைகள் நவீன இயற்பியலின் மிகவும் வியக்கத்தக்க கண்டுபிடிப்புகளில் ஒன்றாகும், ஏனெனில் அவை பிரபஞ்சத்தைக் கவனிப்பதற்கு மனிதர்களுக்கு ஒரு "புதிய வழியை" அளிக்கின்றன. வானியல் இதற்கு முன்னர் கண்ணுக்குப் புலப்படும் ஒளி, வானொலி, அகச்சிவப்பு முதல் எக்ஸ்-கதிர்கள் வரையிலான ஒளியைச் சார்ந்திருந்த நிலையில், ஈர்ப்பு அலைகள் வெளி மற்றும் காலத்தின் "அதிர்வுகளை" கேட்க நமக்கு உதவுகின்றன. இந்த நிகழ்வு வெறும் கோட்பாடு மட்டுமல்ல; ஈர்ப்பு அலைகள் நேரடியாகக் கண்டறியப்பட்டுள்ளன, இது அண்ட ஆராய்ச்சியில், குறிப்பாக கருந்துளைகள் மற்றும் நியூட்ரான் நட்சத்திரங்கள் போன்ற தீவிரப் பொருள்கள் தொடர்பான ஆராய்ச்சியில் ஒரு புதிய அத்தியாயத்தைத் திறக்கிறது.

ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன?

எளிமையாகச் சொல்வதானால், ஈர்ப்பு அலைகள் என்பவை, ஒரு மிகப் பெரிய நிறையின் முடுக்கத்தின் காரணமாக வெளி-காலத்தில் பரவும் சிற்றலைகள் அல்லது "அலைகள்" ஆகும். வெளி-காலம் என்ற கருத்து, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டிலிருந்து (1915) உருவானது. இக்கோட்பாடு, நியூட்டனின் இயற்பியலில் உள்ளது போல ஈர்ப்பு விசையை ஒரு கவர்ச்சி விசையாகக் கருதாமல், நிறை மற்றும் ஆற்றலின் இருப்பால் ஏற்படும் வெளி மற்றும் காலத்தின் ஒரு வளைவாகக் கருதுகிறது. பெரிய நிறைகள் சில வழிகளில் நகரும்போது—உதாரணமாக, இரண்டு கருந்துளைகள் ஒன்றையொன்று சுற்றி வரும்போது—வெளி-காலத்தின் வளைவு இயக்கவியல் ரீதியாக மாறி, எல்லா திசைகளிலும் பரவும் சீர்குலைவுகளை வெளியிடுகிறது. இந்தச் சீர்குலைவுகள் ஈர்ப்பு அலைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

ஈர்ப்பு அலைகள் ஒளியின் வேகத்தில் பயணிக்கின்றன. இருப்பினும், அவை கடந்து செல்லும் பொருட்களின் மீது ஏற்படுத்தும் தாக்கம் மிக மிகக் குறைவு. ஒரு கிலோமீட்டர் தொலைவில் உள்ள இரண்டு புள்ளிகளைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள்: கடந்து செல்லும் ஒரு ஈர்ப்பு அலையால், அந்தத் தொலைவை ஒரு புரோட்டானின் விட்டத்தை விடக் குறைவான அளவிற்கு மாற்ற முடியும். எனவே, இந்தக் கருத்து 20 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்திலிருந்தே இருந்து வந்தபோதிலும், அதை நிரூபிக்க நம்பமுடியாத அளவிற்கு அதிநவீன தொழில்நுட்பம் தேவைப்பட்டது.

பிரபஞ்சத்தில் ஈர்ப்பு அலைகளின் மூலங்கள்

அனைத்து நிறை இயக்கங்களும் அளவிடக்கூடிய ஈர்ப்பு அலைகளை உருவாக்குவதில்லை. நகரும் கார் அல்லது ஓடும் நபர் போன்ற அன்றாட நிகழ்வுகள் தொழில்நுட்ப ரீதியாக ஈர்ப்பு அலைகளை வெளியிடுகின்றன, ஆனால் அவற்றின் வீச்சுகள் கண்டறிய முடியாத அளவுக்கு மிகச் சிறியவை. காணக்கூடிய ஈர்ப்பு அலைகள் பொதுவாக மிகப்பெரிய நிறைகள், தீவிர முடுக்கங்கள் மற்றும் சமச்சீரற்ற இயக்கம் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய அண்ட நிகழ்வுகளிலிருந்து உருவாகின்றன.

ஈர்ப்பு அலைகளின் சில முக்கிய மூலங்கள் பின்வருமாறு:

1. கருந்துளை இணைப்பு
சுற்றுப்பாதையில் உள்ள இரண்டு கருந்துளைகள் ஈர்ப்பு அலைகள் மூலம் ஆற்றலை இழக்கும், அவற்றின் சுற்றுப்பாதைகள் சுருங்கும், இறுதியில் அவை மோதி ஒன்றிணையும். இந்த நிகழ்வு ஒரு சக்திவாய்ந்த ஈர்ப்பு அலை சமிக்ஞையை உருவாக்கும்.

2. நியூட்ரான் நட்சத்திர இணைவு
நியூட்ரான் நட்சத்திரம் என்பது ஒரு பிரம்மாண்டமான நட்சத்திரத்தின் அடர்த்தியான, எஞ்சிய மையப்பகுதியாகும். இரண்டு நியூட்ரான் நட்சத்திரங்கள் இணையும்போது, ​​ஈர்ப்பு அலைகளை உருவாக்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், இந்த நிகழ்வானது பல்வேறு அலைநீளங்களில் ஒளியையும் உமிழக்கூடும் மற்றும் தங்கம் போன்ற கனமான தனிமங்களையும் உருவாக்கக்கூடும்.

3. சூப்பர்நோவாக்கள் மற்றும் மாபெரும் நட்சத்திர வெடிப்புகள்
ஒரு நட்சத்திரத்தின் மையப்பகுதி சரிவது சில சமயங்களில் சமச்சீரற்றதாக இருக்கும், மேலும் அது ஈர்ப்பு அலைகளை வெளியிடக்கூடும், இருப்பினும் அவற்றைக் கண்டறிவது மிகவும் சவாலானது.

4. நியூட்ரான் நட்சத்திரங்களின் முழுமையற்ற சுழற்சி
ஒரு நியூட்ரான் நட்சத்திரம் சிறிதளவு அதிர்வோடு அல்லது ஒழுங்கற்ற தன்மையோ கொண்டு சுழன்றால், அதனால் தொடர்ச்சியாக ஈர்ப்பு அலைகளை உமிழ முடியும்.

5. ஆதி ஈர்ப்பு அலைகள்
ஒரு கருதுகோள் உள்ளது பிரபஞ்சம் ஆரம்ப கட்டங்களில் உருவான ஈர்ப்பு அலைகள், அண்டப் பின்னணியில் உறைந்து போயின. இவை கண்டறியப்பட்டால், அதன் பின்னரான முதல் சில வினாடிகளைப் பற்றிய தடயங்கள் கிடைக்கக்கூடும். பிக் பேங்.

ஐன்ஸ்டீனின் கோட்பாட்டிலிருந்து முதல் நிரூபணம் வரை

ஐன்ஸ்டீன் 1916-ல் பொது சார்பியல் சமன்பாடுகளின் அடிப்படையில் ஈர்ப்பு அலைகளைக் கணித்து, 1918-ல் அவற்றைச் செம்மைப்படுத்தினார். ஆனால், ஈர்ப்பு அலைகள் உண்மையானவையா அல்லது வெறும் கணிதக் கற்பனைகளா என்பது குறித்துப் பல தசாப்தங்களாக விஞ்ஞானிகள் விவாதித்து வருகின்றனர். வெளி-காலம் இயங்கு தன்மை கொண்டது என்பதே இந்தச் சிக்கலுக்குக் காரணம்; எதை "உண்மையாகவே" அளவிட முடியும் என்பதைப் புரிந்துகொள்வது எப்போதும் எளிதானதல்ல.

20-ஆம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் சார்பியல் கோட்பாடு உருவாகி, ஈர்ப்பு அலைகள் உண்மையான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன என்பதை இயற்பியலாளர்கள் புரிந்துகொள்ளத் தொடங்கியபோது ஒரு முக்கியமான திருப்புமுனை ஏற்பட்டது. ஒரு அமைப்பு ஈர்ப்பு அலைகளை வெளியிடுவதன் மூலம் ஆற்றலை இழந்தால், அதன் சுற்றுப்பாதை அல்லது இயக்கம் அளவிடக்கூடிய வகையில் மாற வேண்டும்.

மறைமுகச் சான்று: ஹல்ஸ்-டெய்லர் இரும பல்சார்கள்

1974-ல், ரஸ்ஸல் ஹல்ஸ் மற்றும் ஜோசப் டெய்லர் என்ற இரண்டு வானியலாளர்கள், PSR B1913+16 எனப்படும் ஒரு இரட்டை பல்சர் அமைப்பைக் கண்டுபிடித்தனர். பல்சர்கள் என்பவை "விளக்குக் கோபுரங்களைப்" போல சீரான இடைவெளியில் வானொலி சமிக்ஞைகளை வெளியிடும் நியூட்ரான் நட்சத்திரங்கள் ஆகும். ஒரு இரட்டை அமைப்பில், ஒரு பல்சர் மற்றொரு நியூட்ரான் நட்சத்திரத்தைச் சுற்றி வருகிறது. ஆச்சரியப்படும் விதமாக, இந்த அமைப்பின் சுற்றுக்காலம் மெதுவாகக் குறைந்து வருகிறது: அந்த இரண்டு பொருட்களும் ஒன்றுக்கொன்று நெருங்கி வருகின்றன.

இந்தக் குறைவானது, ஈர்ப்பு அலைகள் மூலமான ஆற்றல் இழப்பு குறித்த பொது சார்பியல் கோட்பாட்டின் கணிப்புகளுடன் மிகத் துல்லியமாக ஒத்துப்போகிறது. இது, ஈர்ப்பு அலைகள் உண்மையில் உள்ளன என்பதற்கு மிகவும் வலுவான மறைமுகச் சான்றை வழங்குகிறது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பிற்காக, ஹல்ஸ் மற்றும் டெய்லர் 1993 ஆம் ஆண்டு இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றனர்.

நேரடிக் கண்டுபிடிப்பு: LIGO மற்றும் கருந்துளை மோதல்களைக் "கேட்பது"

வலுவான மறைமுகச் சான்றுகள் இருந்தபோதிலும், விஞ்ஞானிகள் இன்னும் நேரடிக் கண்டறிதலைத் தொடர்கின்றனர்: அதாவது, புவியைக் கடந்து செல்லும் ஈர்ப்பு அலைகளைப் பதிவு செய்வது. இந்த அலைகளின் வீச்சுகள் மிகச் சிறியதாக இருப்பதால், இந்த முயற்சி குறிப்பிடத்தக்க சவால்களை எதிர்கொள்கிறது. தூரத்தில் ஏற்படும் மிகச் சிறிய மாற்றங்களை அளவிடக்கூடிய ஒரு கருவியான லேசர் இன்டர்ஃபெரோமீட்டரைப் பயன்படுத்துவதே இதற்கான தீர்வாகும்.

LIGO எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

லைகோ (லேசர் இன்டர்ஃபெரோமீட்டர் ஈர்ப்பு அலை ஆய்வகம்) என்பது அமெரிக்காவில் உள்ள ஒரு பெரிய திட்டமாகும். இதற்கு வாஷிங்டனில் உள்ள ஹான்ஃபோர்ட் மற்றும் லூசியானாவில் உள்ள லிவிங்ஸ்டன் என இரண்டு முக்கிய மையங்கள் உள்ளன. ஒவ்வொன்றிலும் 4 கிலோமீட்டர் நீளமுள்ள ஒரு இன்டர்ஃபெரோமீட்டர் கை உள்ளது. லேசர் கற்றையானது இரண்டு கற்றைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டு, அந்தக் கைகள் வழியே முன்னும் பின்னுமாகப் பயணித்து, பின்னர் மீண்டும் இணைகின்றன. ஒரு ஈர்ப்பு அலை அதன் வழியே கடந்து செல்லும்போது, ​​அது கைகளின் பயனுள்ள நீளத்தை மிகச் சிறிதளவே மாற்றி, அளவிடக்கூடிய, மாற்றியமைக்கப்பட்ட குறுக்கீட்டு வடிவத்தை உருவாக்குகிறது.

கவனிக்கப்படும் சமிக்ஞையானது உள்ளூர் குறுக்கீடுகளால் (சிறிய நிலநடுக்கம், வாகன அதிர்வு அல்லது பிற சுற்றுச்சூழல் காரணிகள் போன்றவை) ஏற்படவில்லை என்பதை உறுதிப்படுத்த, வெவ்வேறு இடங்களில் இரண்டு உணரிகளைக் கொண்டிருப்பது மிகவும் முக்கியம். இரண்டு உணரிகளும் ஒரு குறிப்பிட்ட கால தாமதத்துடன் ஒரு சீரான வடிவத்தைக் கண்டால், அந்த சமிக்ஞையானது விண்வெளியில் இருந்து வரும் ஈர்ப்பு அலையாக இருப்பதற்கான வாய்ப்பு அதிகம்.

முதல் கண்டறிதல்: GW150914

2015, செப்டம்பர் 14 அன்று, LIGO விண்கலம் GW150914 எனப் பின்னர் பெயரிடப்பட்ட ஒரு சமிக்ஞையைக் கண்டறிந்தது. இந்த சமிக்ஞையானது, பூமியிலிருந்து ஒரு பில்லியன் ஒளியாண்டுகளுக்கும் அதிகமான தொலைவில், சூரியனின் நிறையைப்போல் சுமார் பத்து மடங்கு நிறை கொண்ட இரண்டு கருந்துளைகள் இணைந்ததிலிருந்து உருவானது. இந்த நிகழ்வு, இரண்டு கருந்துளைகளும் இணைந்தபோது உச்சத்தை அடைந்து பின்னர் தணிந்த, அதிர்வெண் மற்றும் வீச்சில் ஏற்பட்ட ஒரு விரைவான அதிகரிப்பான "சிர்ப்"-ஐ உருவாக்கியது.

2016 பிப்ரவரியில் அதிகாரப்பூர்வ அறிவிப்பு வெளியிடப்பட்டு, உடனடியாக ஒரு மைல்கல்லாகப் பாராட்டப்பட்டது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பு ஈர்ப்பு அலைகளை நேரடியாக நிரூபித்தது மட்டுமல்லாமல், ஒரு இரட்டைக் கருந்துளை அமைப்பின் முதல் நேரடிக் கண்டறிதலையும் குறித்தது.

LIGO-விற்கு அவர்கள் ஆற்றிய பெரும் பங்களிப்புகளுக்காக, 2017-ஆம் ஆண்டுக்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசு ரெய்னர் வெய்ஸ், பேரி சி. பாரிஷ் மற்றும் கிப் எஸ். தோர்ன் ஆகியோருக்கு வழங்கப்பட்டது.

ஈர்ப்பு அலைகளின் கண்டுபிடிப்பு ஏன் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது?

ஈர்ப்பு அலைகளைக் கண்டறிவது, ஈர்ப்பு அலை வானியல் சகாப்தத்தின் தொடக்கம் என்று அடிக்கடி குறிப்பிடப்படுகிறது. இது ஒரு புரட்சிகரமான கண்டுபிடிப்பாக இருப்பதற்குப் பல காரணங்கள் உள்ளன:

1. பிரபஞ்சத்தை உற்றுநோக்க புதிய “புலன்களை”த் திறத்தல்
கருந்துளைகள் போன்ற பல விண்வெளிப் பொருள்கள், எளிதில் கண்டறியக்கூடிய ஒளியை வெளியிடுவதில்லை. ஈர்ப்பு அலைகள், வெளி-நேரத்தின் மீதான அவற்றின் விளைவுகள் மூலம் இந்தப் பொருள்களை நேரடியாக ஆய்வு செய்ய நமக்கு உதவுகின்றன.

2. தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டைச் சோதித்தல்
கருந்துளைகளின் இணைப்புகளில், நம்பமுடியாத அளவிற்கு வலுவான ஈர்ப்பு விசையும் மிக அதிக வேகமும் அடங்கியுள்ளன. பூமியில் மீண்டும் உருவாக்கக் கடினமான தீவிரமான சூழ்நிலைகளில் ஐன்ஸ்டீனின் கோட்பாடுகளைச் சோதிப்பதற்கான ஒரு இயற்கை ஆய்வகமாக அவை விளங்குகின்றன.

3. கனமான தனிமங்களின் தோற்றத்தைப் புரிந்து கொள்ளுங்கள்
நியூட்ரான் நட்சத்திரங்களின் இணைப்புகள், r-செயல்முறை (விரைவான நியூட்ரான் ஈர்ப்பு) மூலம் கனமான தனிமங்கள் உருவாவதோடு தொடர்புடையவை எனக் காட்டப்பட்டுள்ளன. இது, 'நியூட்ரான்கள் எங்கிருந்து வருகின்றன?' என்ற கேள்விக்குப் பதிலளிக்க உதவுகிறது. பிரபஞ்சத்தில் தங்கம் மற்றும் பிளாட்டினத்தின் தோற்றம்?

4. கருந்துளைகள் மற்றும் நியூட்ரான் நட்சத்திரங்களின் எண்ணிக்கையை வரைபடமாக்குதல்
பல கண்டறிதல்களின் மூலம், விஞ்ஞானிகளால் இந்த அடர்த்தியான பொருட்களின் நிறை பரவல், இணைவு விகிதங்கள் மற்றும் உருவாக்க வரலாறு ஆகியவற்றை அளவிட முடியும்.

மூடுகிறது

ஈர்ப்பு அலைகள் என்பவை, ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக ஐன்ஸ்டீனால் கணிக்கப்பட்டு, இறுதியாக இரட்டை பல்சார்களில் கிடைத்த மறைமுகச் சான்றுகள் மூலமாகவும், 2015-ல் LIGO-வின் நேரடிக் கண்டறிதல் மூலமாகவும் உறுதிசெய்யப்பட்ட, வெளி-காலத்தில் ஏற்படும் சிற்றலைகள் ஆகும். இந்தக் கண்டுபிடிப்பு ஒரு தொழில்நுட்பச் சாதனை மட்டுமல்ல, மனிதர்கள் அண்டத்தைப் பார்க்கும் விதத்தில் ஏற்பட்ட ஒரு மாற்றமும் ஆகும்: நம்மால் இப்போது பிரபஞ்சத்தைப் பார்ப்பது மட்டுமல்லாமல், அதைக் "கேட்கவும்" முடிகிறது. புதிய கண்டறியும் கருவிகளும், (ஐரோப்பாவில் உள்ள விர்கோ, ஜப்பானில் உள்ள காக்ரா, மற்றும் விண்வெளியில் திட்டமிடப்பட்டுள்ள லிசா போன்ற) உலகளாவிய கூட்டு முயற்சிகளும் உருவாகும்போது, ​​ஈர்ப்பு அலை வானியலின் எதிர்காலம் மேலும் செழுமையடையும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது; இது பிரபஞ்சத்தின் மாபெரும் மர்மங்களுக்கான பதில்களைக் கண்டறிய நம்மை இன்னும் நெருக்கமாகக் கொண்டு செல்லும்.