Was hat LIGO tatsächlich gesehen? (Entdeckung von Gravitationswellen)

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Ich versuche, ein Originalvideo / -bild von dem zu finden, was LIGO tatsächlich gesehen hat, aber alles, was ich finden kann, sind Künstlerwiedergaben von Gravitationswellen.

Scott Taylor
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Wie in meiner Antwort weiter unten erläutert, ist LIGO eher ein Mikrofon als eine Kamera. Es ist also sinnvoller, über das zu sprechen, was wir gehört haben, als über das, was wir gesehen haben. Sie können das Signal hier anhören: youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw
Chris Mueller
Wäre eine bessere Metapher nicht ein Seismometer ?
user151841
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@ user151841 Nicht wirklich. Seismometer haben drei Ausgangsdatenströme: Beschleunigung in x, y und z. Ich denke auch, dass Mikrofone der nichtwissenschaftlichen Öffentlichkeit intuitiver bekannt sind als Seismometer. Die LIGO-Detektoren eignen sich auch besonders gut für den Vergleich mit einem Mikrofon, da das empfindliche Band der Detektoren vollständig im Bereich des menschlichen Gehörs liegt.
Chris Mueller
Wenn wir pedantisch werden wollen, ist die Messung von LIGO technisch gesehen ein tatsächliches Video mit einer tatsächlichen Kamera. Alles, was sie tun, ist die kontinuierliche Videoübertragung des Interferenzmusters des rekombinierten Lasers. Es ist viel mathematische Verarbeitung erforderlich, um die Diagramme in den folgenden Antworten zu erstellen. Also wirklich, dieses Video ist das, was sie tatsächlich "gesehen" haben.
Zephyr
sicherlich hat jemand das audio in ein für menschen hörbares audio "remixt" ? wo ist das Jungs? es wäre fantastisch, es anzuhören, ein Gefühl für den Attack / Decay / Length usw. zu bekommen. Gibt es das wirklich? Alles, was Sie tun müssen, ist es so viele Oktaven zu modulieren, oder?
Fattie

Antworten:

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Das tatsächliche Bild ist nicht viel. Ich konnte es in der Wissenschaft finden , und das ist alles, was es ist:

Bildbeschreibung hier eingeben

Es ist nur eine Welle, die von zwei verschiedenen Observatorien zu leicht unterschiedlichen Zeiten gesehen wird. Die Verschiebung passt perfekt, indem sie um die Geschwindigkeit des Lichtunterschieds an ihren Standorten verschoben wird. Dies ist der Beweis für Gravitationswellen.

Es ist zu beachten, dass es zwei Instrumente gibt, um eine Gegenprüfung gegen andere Vibrationsquellen durchzuführen. Jedes Observatorium erkennt Vibrationen auf einer Skala von 4 km bis zu einer sehr kleinen Größenordnung (1 / 10.000 der Breite eines Protons). Wenn die beiden verglichen werden, kann man davon ausgehen, dass das Signal von einer nicht lokalen Quelle stammt, für die nur Gravitationswellen geeignet sind.

PearsonArtPhoto
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Die ursprüngliche Quelle ist journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/…
Stop Harming Monica
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"Das eigentliche Bild ist nicht viel", "das ist alles, was es ist." Dein Ton versteht, wie geil es eigentlich ist, IMO;). Natürlich bin ich ein bisschen voreingenommen.
Chris Mueller
Wie koordinieren die beiden Beobachtungsorte ihre Zeiten relativ zu einer gemeinsamen oder gemeinsamen Uhr? Beziehen sie sich auf dieselbe Atomuhr und nehmen Anpassungen für die "Latenz" vor, die Zeit, die benötigt wird, um die Zeit zu ermitteln?
TRomano
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@TRomano Wir verwenden GPS, das auf 10 Nanosekunden genau ist. Weitere Informationen zum Zeitmesssystem von aLIGO finden Sie hier: authors.library.caltech.edu/20471/1/…
Chris Mueller
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@ ChrisMueller: Ich vermutete, dass es sich um GPS handelte, hatte aber in diesem Moment keine Zeit, es nachzuschlagen. Vielen Dank!
PearsonArtPhoto
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Zunächst glaube ich, dass Ihre Frage ein Missverständnis der Art der LIGO-Beobachtungsstellen darstellt. Die Art der Detektoren ist, dass sie im Gegensatz zu einer Kamera wie ein Mikrofon wirken. Das bedeutet, dass sie empfindlich auf Gravitationswellen reagieren, die aus den meisten Richtungen eintreffen, jedoch nicht unterscheiden können, woher die Wellen kommen. Durch die Verwendung mehrerer Detektoren (was auch für eine sichere Erkennung erforderlich ist) kann der Zeitunterschied zwischen den Detektoren verwendet werden, um eine Vorstellung von der Position der Quelle zu geben. Dies bedeutet auch, dass die Ausgabe der Detektoren ein einzelner Datenstrom ist.

Dieses Bild aus dem Artikel in Physical Review Letters (nicht hinter einer Paywall) ist eine bessere Zusammenfassung dessen, was LIGO gehört hat als die derzeit akzeptierte Antwort. Ich erkläre die Fenster von oben nach unten.

  1. Die oberen Fenster zeigen die in den beiden Detektoren gemessenen Rohsignale, wobei die H1-Daten den L1-Daten auf der rechten Seite überlagert sind.
  2. Die zweite Reihe zeigt verschiedene Simulationen dessen, was die allgemeine Relativitätstheorie (Einsteins Theorie) für die Gravitationswellen vorhersagt. Durch diese Simulationen kann LIGO behaupten, dass sie wissen, dass die Welle durch zwei verschmelzende Schwarze Löcher verursacht wurde.
  3. Die dritte Fensterreihe enthält die Rohdaten abzüglich der Simulationen.
  4. Die unteren Fenster sind einfach eine andere Möglichkeit, die "Roh" -Daten zu zeichnen, die als Zeit-Frequenz-Diagramm bezeichnet werden. Die Zeit liegt auf der x-Achse und die Frequenz auf der y-Achse. Für eine Person aus dem Feld ist dieses Signal das bekannteste Merkmal einer Verschmelzung, das sogenannte Zwitschern. Mit fortschreitender Zeit verschiebt sich die Frequenz nach oben. Sie können tatsächlich auf den ‚raw‘ Chirp hören hier .

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Chris Mueller
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Es steckt nicht hinter einer Paywall, weil es sich bei dem Papier um offenen Inhalt handelt - es ist unter CC BY 3.0 lizenziert.
bwDraco
@bwDraco Guter Punkt.
Chris Mueller
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Können Sie erklären, warum die H1-Beobachtung im oberen rechten Diagramm als "invertiert" markiert ist? Ich habe noch nirgendwo zuvor bemerkt, dass H1 invertiert ist, aber ich kann klar erkennen, dass dies der Fall ist. Was ist der Grund dafür?
Zephyr
@zephyr: Die beiden Detektoren sind unterschiedlich ausgerichtet (Hanford NW / SW, Livingston WSW / SSE), das könnte der Grund sein; Ich rate aber nur.
Chirlu
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LIGO "sah" nichts. Es überwacht die relativen Längen der Pfade, die von zwei Laserstrahlen in etwa 4 km langen Vakuumrohren (obwohl der Laserpfad aus etwa 75 Auf- und Abbewegungen der Arme besteht) und im rechten Winkel zueinander genommen werden.

1021

Das ganze Ereignis dauerte ungefähr 0,3 Sekunden und die Spur (die überall in den Nachrichten war) zeichnet einfach den Bruchteil auf, um den sich die Länge der Arme als Funktion der Zeit ändert.

Das Ereignis wurde (fast) gleichzeitig von zwei nahezu identischen Setups in verschiedenen Teilen der USA aufgezeichnet. Die Erfassung des gleichen Signals in beiden Detektoren schließt eine lokale Ursache der Störung aus, und die geringe Zeitverzögerung zwischen den Erfassungen ermöglicht eine grobe Lokalisierung der Gravitationswellenquelle am Himmel.

Rob Jeffries
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Für mich ist es nicht nur eine erstaunliche Leistung, dass wir ein so kleines Signal erkennen konnten, sondern wir konnten sogar im Voraus vorhersagen, wie das Signal aussehen würde. Ich bin verblüfft, dass Wissenschaftler mit Hilfe von Modellen ziemlich sicher sein können, dass die Welle von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern mit 30 Sonnenmassen erzeugt wurde (die erste öffentlich veröffentlichte Entdeckung). Einstein regiert !!
Jack R. Woods
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Nach dem Tutorial GW150914 sahen die Advanced LIGO L1- und H1-Detektoren ursprünglich Folgendes :

Bildbeschreibung hier eingeben

Sie können die Rohdaten aus diesem Tutorial herunterladen.

Die anderen Antworten zeigen bereits verarbeitete (aufgehellte, gefilterte, um 7 ms verschobene, invertierte) Wellenformen.

Niutech
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Sie haben Recht, dass die Rohdatenströme aus den Detektoren so aussehen (beachten Sie, dass ich bei meiner Antwort darauf geachtet habe, dass die Anführungszeichen "roh" sind). Das empfindliche Band der Detektoren reicht von 10 Hz bis 100 kHz, aber der Rohdatenstrom wird von dem unglaublich großen (für LIGO) Rauschen unter 10 Hz dominiert. Sie können dies sehen, indem Sie die Einheiten auf Ihrem Grundstück mit denen in den von mir geposteten Grundstücken vergleichen. Ein Teil der Technologien, die LIGO einsetzt, um sein bisher unerreichtes Ziel zu erreichen, ist die erweiterte Signalverarbeitung.
Chris Mueller
Die tatsächlichen Rauschkurven der Detektoren zum Zeitpunkt der Detektion finden Sie hier: dcc.ligo.org/public/0119/G1500623/001/…
Chris Mueller
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Der eigentliche Messmechanismus, den LIGO verwendet, ist die Laserinterferometrie. Eine vernünftige Interpretation dessen, was LIGO "sah", wäre das durch die Gravitationswellen verursachte Interferenzmuster, das ungefähr so ​​"aussieht":

Bildbeschreibung hier eingeben

Leider konnte ich kein Bild der von LIGO erwähnten Laserinterferenz finden. es ist wahrscheinlich sowieso zu klein für Fotografie.

Alle anderen Diagramme, die von Menschen verlinkt werden, sind nur Diagramme der Interferenzmusterdaten. Das Anzeigen eines Diagramms der LIGO-Daten als Antwort auf diese Frage entspricht dem Anzeigen eines Bildhistogramms als Antwort auf die Frage "Was sieht das Hubble-Weltraumteleskop?"

user151841
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Dies ist das Interferenzmuster zweier sich überlappender Laserstrahlen mit unterschiedlichen Krümmungen, wie man es von einem billigen Interferometer erwartet (siehe z. B. Newtonsche Ringe ). LIGO hat jedoch unglaublich gute Spiegel, so dass die Interferenz am Ausgang des Detektors keine Ringe aufweist und in der Tat auf der Skala dieses Bildes vollständig schwarz ist.
Chris Mueller
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Ich weiß nicht, ob es für Sie interessant ist, aber hier ist der Link des Papiers, das über diese Beobachtungen veröffentlicht wurde:

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

Sobald die Antwort oben ganz einfach ist! Kurz gesagt, das LIGO hat ein transientes Gravitationswellensignal beobachtet und diese Beobachtungen stimmen mit den Vorhersagen der Wellenform überein, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie für das System mit zwei Schwarzen Löchern abgeleitet wurden.

Herr Schrödinger
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Willkommen in der Astronomie! Antworten, die nur auf Links basieren, werden normalerweise nicht empfohlen. Wenn Sie etwas Neues hinzufügen möchten, fassen Sie es bitte in ein paar Absätzen zusammen.
Hohmannfan
LIGO-Update: Es gibt Gerüchte .. sciencenews.org/article/… .. dass LIGO möglicherweise zwei kollidierende Neutronensterne beobachtet hat. Dies wäre von Bedeutung, da es das erste Mal sein könnte, dass Gravitationswellen und elektromagnetische Wellen von derselben Quelle aus gesehen werden.
Jack R. Woods