Yerden uzaqta eki qara teşik yaqınlaşıp birlese. Birleşüvniñ özü ışıq bermey bile, amma Yerdeki aletler qısqa signal yaza. Bizge gravitatsion dalğa yete: serbest sınav cisimleri arasındaki ölçelgen mesafelerni deñiştirgen, feza-vaqıt geometriyasınıñ tarqalğan deñişmesidir.
Bu, kâinat avası boyunca uçqan ses degil. Dalğağa maddiy müit kerekmez; umumiy nisbiylikte ışıq süratinen tarqala. Keşif yazısındaki «cıvıldav» veriler seske çevirilgende peyda ola. Ne salınğanını, nasıl ölçelgenini ve signalnı neden qara teşiklerge bağlağanlarını baqayıq. LIGO: dalğalar, menba ve ilk baquv.
Ölçelgen mesafeler nisbeti salına
Fezada serbest kiçik cisimlerden tögerek tasavur et. Olarnı alqa ya da yaylar bağlamay. Sade gravitatsion dalğa tögerek tegisligine köndelen keçe. Bir fazada yatıq ölçelgen mesafeler arta, tik mesafeler eksile. Qarşı fazada tersine ola.
Bu, dalğanıñ köndelen tesiridir: deñişmeler tarqaluv yönüne köndelen tegislikte ola. «Plüs» dep atalğan bir sızıqlı polârlaşuv kösterdik. Bu, maddeniñ birleşüv yerinden Yerge atıluvı ya da sıqıştırılğan ava dalğası degil. Cisimler arasındaki öz mesafeler deñişe; koordinatalarını başqa türlü yazmaq ölçelgen gel-git tesirini yoq etip olamay.
Şemada şekil deñişmesi pek büyütilgen. Punktir tögerek tayançtır, maddiy alqa degil. Aşağıdaki eki köndelen optik yol bu çeşitten farqnı ölçevge çevirüvni köstere. LIGO asıl maqalesi: köndelen dalğa ve alet yönü, III bölük, 3-ci resim.
Köndelen mesafe deñişmesi ve eki optik qol
Dalğa resimge köndelen kete; bir «plüs» polârlaşuv kösterilgen.
Tayanç tögerek
x ve y boyunca mesafelerni deñeş.
Bir faza
x boyunca mesafe büyük, y boyunca kiçik.
Qarşı faza
x boyunca mesafe kiçik, y boyunca büyük.
Noqtalar — serbest sınav cisimleri, ava molekulaları degil. Punktir — deñişmegen tayanç tögerek. Tutaş sızıq cisimlerni yalnız deñeşmek içün bağlay; yayılmalı alqa degil.
Eki yönni nasıl deñeşmek mümkün?
Soldan ışıq → şavle bölüci → x ve y qollarınıñ küzgüleri → qaytış → aşağıda fotodetektorğa çıqış.
Er eki qol deñişmesine bir türlü cevap bergen hayaliy alet aynı farqnı oqumaz. İnterferometr içün dalğanıñ qollarğa nisbeten yönü ve polârlaşuvı müimdir. Şema qolay alını köstere, bütün yönlerge bir türlü duyğurlıqnı degil.
Lazer eki barıp-qaytış yolunı deñeşe
LIGO-nıñ eki detektorınıñ er birinde taqriben 4 km uzunlıqta eki köndelen qol bar. Lazer ışığı bölünip qollar boyunca küzgülerge yollana ve deñeşmek içün qayta. Optik fazalar farqı çıqış fotodetektorındaki ışıqnı deñiştire. Dalğa eki yol boyunca ışıq keçişiniñ nisbiy vaqıtlarını deñiştirip, ölçelgen iz qaldıra. LIGO: aletniñ temeli.
Bu, ışıq, küzgüler ve qaytış vaqtından ibaret tam tecribedir; gizlice «uzamağan fezağa» deñeşilgen cetvel degil. Aqiqiy alette optik rezonatorlar bar: çoq kere keçiş faza cevabını arttıra. Asılğan küzgüler Yer titrevlerinden ayrılğan; idare sistemaları interferometrni iş alında tuta. Asıl maqale: optika, asqılar ve şamata, III bölük.
Bu sebepten çiy elektrik çıqışı daa azır kâinat dalğası sızığı degil. Kalibrlav optik cevapnı, elektronikanı ve küzgü idaresini esapqa alıp, qollar farqınıñ ekvivalent nisbiy deñişmesini — strain, ya da deformatsiya h(t)-ni tikley. O, ölçüsizdir. Küzgülerge belli tesirler berip, alet signal amplitudası ve fazasını doğru tikley mi dep teşkereler. LIGO: detektornı neden kalibrleyler.
Dal · Formulanenİhtiyariy · keçip ketmek mümkün
10⁻²¹ mertebeli deformatsiya ne demek?
Uzun dalğalı sade interferometr tasvirinde er qolnıñ başlanğıç uzunlığı L, deñişmeleri δL_(x) ve δL_(y), farqı ise ΔL olsun:
ΔL = δL_(x) − δL_(y),
h = (ΔL)/(L).
Mında h — bu detektorğa proektsiyalanğan cevap, er türlü köşede er uzunlıqnıñ universal deñişmesi degil. Şartlı h = (10)^( − 21) ve L = 4000 m içün:
ΔL = 4 × (10)^( − 18) m.
Bu, qollar farqınıñ deñişmesidir; er qol ayrı bu qadar uzandı demek degil. Metrni metrge bölsek, ölçüsiz h çıqa. Aynı deformatsiyada bazanı eki qat arttırmaq bu ideal farqnı da eki qat arttıra. Aqiqiy rezonatorlarnıñ cevabı sıqlıqqa bağlı; formula kalibrlavnıñ yerini tutmay. Kalibrlav aqqında asıl iş: h tarifi ve idare, 4–5-ci saifeler.
Bu sayı ölçekni añlatmaq içün saylandı. Yañı ölçev ya da veri grafigi degil; ögretici resimde tesir misli körülmegen qadar büyütilgen.
Signal neden quvetlene ve sıqlaşa?
Eki kompakt massa bir-biri etrafında aylanğanda, olarnıñ fezadaki dağılımı deñişe. Bu deñişken, küre şeklinde olmağan konfiguratsiya gravitatsion şavle çıqara. Şavle energiyanı alıp kete: çift sistema orbital energiyasını coya, cisimler yaqınlaşıp daa tez aylana. Soñunda dalğa quvetlenip daa tez salına bile — hususiy cıvıldav, ya da chirp, peyda ola.
Tögerekke yaqın orbitalı çiftniñ yaqınlaşuvında gravitatsion dalğanıñ esas garmonikasınıñ sıqlığı orbital sıqlıqtan taqriben eki qat yüksektir, eger er eki sıqlıq aynı esap sistemasında deñeşilse. Dalğa sıqlığı — detektor verilerinde saniyede qaç devir olğanı; tarqaluv sürati ya da bir cisimniñ dönüş sayısı degil. Birleşüv bir cisim yarata, onıñ bozuluvı soñra söne. LIGO: GW150914 signalınıñ deñişmesi, II bölük.
Bu, er gravitatsion dalğa qara teşiklerniñ qısqa cıvıldavıdır demek degil. Dalğalarnıñ hususiyetleri ve sıqlıq aralıqları menbağa bağlı; mında doğrudan gravitatsion-dalğa astronomiyasını açqan belli signal çeşidini baqamız.
Dalğanı ölçemek yalnız titrevni körmekten ziyade
2015 senesi 14 sentâbr Livingston ve Hanforddaki eki LIGO detektorı GW150914-ni yazdı. 2016 senesi 11 fevral LIGO ve Virgo kollaboratsiyaları keşifni ilân etti. Virgo ilmiy işte iştirak etti; bu signalnıñ özüni eki LIGO aleti yazdı. Bunlar ayrı tarihler: dalğanıñ Yerge kelüvi ve teşkerilgen neticeniñ halqqa bildirilüvi. LIGO: keşif saifesi.
Tedqiqatçılar eki uzaq meydançıqtaki signallarnı deñeşti, aralarındaki tarqaluv vaqtını esapqa aldı, yardımcı sensorlarda Yerge ait bozuvlar aradı ve verini tahminlernen qarşılaştırdı. Asıl maqale ölçelgen signalnı, tiklengen şekillerni ve model çıqarılğannan soñ qalğan farqlarnı ayrı köstere. Baquv ve matematikiy sızıq bir şey degil. LIGO: 1-ci resim ve detektor teşkerüvi, IV bölük.
Demek, gravitatsion dalğa deñişken feza-vaqıt geometriyası aqqında malümat ketire; interferometr onı kalibrlanğan differentsial optik cevap vasıtasınen oquy. Birleşüvni «diñlemek» — mecazdır: menba ve Yer arasında ava kerekmez. Ses ile vakuumdaki signal farqını kâinatta ses aqqında maqalede tekrarlamaq mümkün.