Apa yang LIGO Sebenarnya Lihat? (Penemuan gelombang gravitasi)

Saya mencoba menemukan video / gambar asli dari apa yang sebenarnya dilihat LIGO, tetapi yang bisa saya temukan hanyalah karya seniman tentang gelombang gravitasi.

Gambar yang sebenarnya tidak banyak. Saya dapat menemukannya dari Sains , dan hanya ini yang ada:

Itu hanya riak, terlihat pada waktu yang sedikit berbeda dari dua observatorium yang berbeda. Pergeseran ini cocok dengan menggesernya dengan kecepatan perbedaan cahaya di lokasi mereka. Demikianlah bukti dari gelombang gravitasi.

Perlu dicatat bahwa alasan ada dua instrumen adalah untuk memberikan pemeriksaan silang terhadap sumber getaran lainnya. Setiap observatorium bekerja dengan mendeteksi getaran pada skala 4 km, turun ke urutan sangat kecil (1 / 10.000 lebar proton). Ketika keduanya dibandingkan, maka orang dapat berasumsi bahwa sinyal tersebut harus berasal dari sumber non-lokal, yang hanya Gravity Waves yang sesuai dengan definisi itu.

Pertama-tama, saya pikir pertanyaan Anda memungkiri kesalahpahaman tentang sifat observatorium LIGO. Sifat dari detektor adalah bahwa mereka bertindak seperti mikrofon, tidak seperti kamera. Artinya adalah bahwa mereka peka terhadap gelombang gravitasi yang datang dari berbagai arah, tetapi tidak memiliki kemampuan untuk membedakan dari mana gelombang berasal. Dengan menggunakan beberapa detektor (yang juga diperlukan untuk deteksi percaya diri) perbedaan waktu antara detektor dapat digunakan untuk memberikan beberapa gagasan tentang lokasi sumber. Ini juga berarti bahwa output dari detektor adalah aliran data tunggal.

Gambar ini dari makalah dalam Physical Review Letters (bukan di belakang paywall) adalah ringkasan yang lebih baik dari apa yang didengar LIGO daripada jawaban yang diterima saat ini. Saya akan menjelaskan panel dari atas ke bawah.

1. Panel atas menunjukkan sinyal 'mentah' yang diukur dalam dua detektor dengan data H1 yang di-overlay pada data L1 di sebelah kanan.
2. Baris kedua panel menunjukkan sejumlah simulasi yang berbeda tentang prediksi relativitas umum (teori Einstein) untuk gelombang gravitasi. Simulasi ini adalah bagaimana LIGO dapat mengklaim bahwa mereka tahu bahwa gelombang disebabkan oleh dua lubang hitam yang bergabung.
3. Baris ketiga panel adalah data 'mentah' dikurangi simulasi.
4. Panel bawah hanyalah cara lain untuk memplot data 'mentah' yang disebut plot frekuensi-waktu. Waktu pada sumbu x dan frekuensi pada sumbu y. Bagi seseorang dari lapangan, sinyal ini adalah karakteristik merger yang paling dikenal, yang dikenal sebagai kicauan. Seiring waktu bergerak maju, frekuensi bergeser lebih tinggi. Anda sebenarnya dapat mendengarkan kicauan 'mentah' di sini .

LIGO tidak "melihat" apa pun. Ini memonitor panjang relatif dari jalur yang diambil oleh dua sinar laser dalam pipa vakum sekitar 4 km panjang (meskipun jalur laser terdiri dari sekitar 75 perjalanan naik dan turun lengan) dan pada sudut yang tepat satu sama lain.

$10^{21}$

Seluruh peristiwa berlangsung sekitar 0,3 detik dan jejak (yang telah ada di seluruh berita) hanya mencatat fraksi yang dengannya panjang lengan berubah sebagai fungsi waktu.

Acara itu (hampir) secara bersamaan direkam oleh dua pengaturan yang hampir identik di berbagai bagian Amerika Serikat. Deteksi sinyal yang sama di kedua detektor mengesampingkan penyebab gangguan lokal, dan penundaan waktu yang kecil antara deteksi memungkinkan lokasi kasar sumber gelombang gravitasi di langit.

Menurut tutorial GW150914 , inilah yang awalnya dilihat oleh detektor LIGO L1 dan H1:

Anda dapat mengunduh data mentah dari tutorial ini.

Jawaban lain menunjukkan gelombang yang sudah diproses (diputihkan, difilter, digeser oleh 7 ms, terbalik).

Mekanisme pengukuran aktual yang digunakan LIGO adalah laser interferometri, jadi salah satu interpretasi yang masuk akal tentang apa yang "dilihat" LIGO adalah pola interferensi yang disebabkan oleh gelombang gravitasi, yang akan "terlihat" seperti ini:

Sayangnya saya tidak dapat menemukan gambar gangguan laser yang sebenarnya yang disebutkan oleh LIGO; mungkin terlalu kecil untuk fotografi.

Semua grafik lain yang ditautkan oleh orang lain hanyalah grafik dari data pola interferensi. Menampilkan grafik data LIGO sebagai jawaban untuk pertanyaan ini seperti menunjukkan histogram gambar sebagai jawaban atas pertanyaan, "Apa yang dilihat teleskop luar angkasa Hubble?"

Saya tidak tahu apakah ini menarik bagi Anda, tetapi di sini ada tautan makalah yang diterbitkan tentang pengamatan itu:

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

Setelah jawaban di atas cukup mudah! Apa yang dikatakan makalah itu (singkatnya) adalah bahwa LIGO telah mengamati sinyal gelombang gravitasi transien, dan pengamatan ini sesuai dengan prediksi bentuk gelombang yang diturunkan oleh General Relativity untuk sistem yang melibatkan dua lubang hitam.