¿Qué vio realmente LIGO? (Descubrimiento de ondas gravitacionales)

La imagen real no es mucho. Pude encontrarlo en Science , y esto es todo lo que es:

Es solo una onda, vista en momentos ligeramente diferentes desde dos observatorios diferentes. El cambio encaja perfectamente desplazándolo por la diferencia de velocidad de la luz en sus ubicaciones. Así es la prueba de las ondas de gravedad.

Cabe señalar que la razón por la que hay dos instrumentos es para proporcionar una verificación cruzada con otras fuentes de vibración. Cada observatorio funciona detectando vibraciones en una escala de 4 km, hasta un orden de magnitud muy pequeño (1/10.000 del ancho de un protón). Cuando se comparan los dos, se puede suponer que la señal debe provenir de una fuente no local, que solo Gravity Waves se ajusta a esa definición.

En primer lugar, creo que su pregunta desmiente un malentendido sobre la naturaleza de los observatorios LIGO. La naturaleza de los detectores es que actúan como un micrófono, a diferencia de una cámara. Lo que eso significa es que son sensibles a las ondas gravitacionales provenientes de la mayoría de las direcciones, pero no tienen la capacidad de distinguir de dónde provienen las ondas. Mediante el uso de múltiples detectores (que también es necesario para una detección segura), la diferencia de tiempo entre los detectores se puede utilizar para dar una idea de la ubicación de la fuente. También significa que la salida de los detectores es un único flujo de datos.

Esta imagen del documento en Physical Review Letters (no detrás de un muro de pago) es un mejor resumen de lo que escuchó LIGO que la respuesta aceptada actual. Explicaré los paneles de arriba a abajo.

1. Los paneles superiores muestran las señales 'sin procesar' medidas en los dos detectores con los datos H1 superpuestos a los datos L1 a la derecha.
2. La segunda fila de paneles muestra varias simulaciones diferentes de lo que predice la relatividad general (teoría de Einstein) para las ondas gravitacionales. Estas simulaciones son la forma en que LIGO puede afirmar que saben que la ola fue causada por dos agujeros negros que se fusionaron.
3. La tercera fila de paneles son los datos 'sin procesar' menos las simulaciones.
4. Los paneles inferiores son simplemente otra forma de trazar los datos 'sin procesar' llamados gráficos de tiempo-frecuencia. El tiempo está en el eje x y la frecuencia está en el eje y. Para una persona del campo, esta señal es la característica más reconocible de una fusión, conocida como chirrido. A medida que el tiempo avanza, la frecuencia aumenta. De hecho, puedes escuchar el chirrido 'en bruto' aquí .

LIGO no "vio" nada. Supervisa las longitudes relativas de las trayectorias tomadas por dos rayos láser en tubos de vacío de unos 4 km de largo (aunque la trayectoria del láser consta de unos 75 viajes hacia arriba y hacia abajo de los brazos) y en ángulo recto entre sí.

Una onda gravitacional, que viaja a la velocidad de la luz, cambia la proporción de estas longitudes (una se acorta, la otra se hace más grande y luego se intercambian) en aproximadamente más o menos 1 parte de$10^{21}$(un billón de trillones) alrededor de 30-200 veces por segundo a medida que pasa a través del instrumento.

Todo el evento duró alrededor de 0,3 segundos y la traza (que ha aparecido en todas las noticias) simplemente registra la fracción en la que cambia la longitud de los brazos en función del tiempo.

El evento fue (casi) simultáneamente grabado por dos configuraciones casi idénticas en diferentes partes de los EE. UU. La detección de la misma señal en ambos detectores descarta una causa local de la perturbación, y el pequeño retraso de tiempo entre las detecciones permite una ubicación aproximada de la fuente de ondas gravitacionales en el cielo.

Según el tutorial GW150914 , esto es lo que vieron originalmente los detectores Advanced LIGO L1 y H1:

Puede descargar los datos sin procesar de este tutorial.

Las otras respuestas muestran formas de onda ya procesadas (blanqueadas, filtradas, desplazadas por 7 ms, invertidas).

El mecanismo real de medición que utilizó LIGO es la interferometría láser, por lo que una interpretación razonable de lo que LIGO "vio" sería el patrón de interferencia causado por las ondas de gravedad, que "se vería" así:

Desafortunadamente, no pude encontrar una imagen de la interferencia láser real que mencionó LIGO; probablemente sea demasiado pequeño para la fotografía de todos modos.

Todos los demás gráficos que la gente está vinculando son solo gráficos de los datos del patrón de interferencia. Mostrar un gráfico de los datos LIGO como respuesta a esta pregunta es como mostrar un histograma de imagen como respuesta a la pregunta "¿Qué ve el telescopio espacial Hubble?"

No sé si es interesante para ti, pero aquí está el enlace del artículo que se publicó sobre esas observaciones:

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

¡Una vez que la respuesta anterior es bastante sencilla! Lo que dice el documento (en resumen) es que LIGO ha observado una señal de onda gravitacional transitoria, y estas observaciones coinciden con las predicciones de forma de onda derivadas por la Relatividad General para el sistema que involucra dos agujeros negros.

Ve formas de onda como se muestra en los dibujos de arriba.

Algunos ejemplos que puede obtener y explorar por sí mismo desde aquí:

• Conjunto de datos de fusión BH-NS
• Conjunto de datos de fusión NS-NS