अतीत में, खगोल विज्ञानी आकाश को केवल दृश्य प्रकाश में देख सकते थे, अपनी आँखों को रिसेप्टर्स के रूप में उपयोग कर सकते थे। लेकिन क्या होगा अगर आपके पास गुरुत्वाकर्षण आँखें थीं? आइंस्टीन ने भविष्यवाणी की कि ब्रह्मांड में सबसे चरम वस्तुओं और घटनाओं को गुरुत्वाकर्षण तरंगों को उत्पन्न करना चाहिए, और उनके चारों ओर अंतरिक्ष को विकृत करना चाहिए। लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल वेव ऑब्जर्वेटरी (या LIGO) नामक एक नया प्रयोग इन गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहला पता लगा सकता है।
साक्षात्कार सुनें: ग्रेविटी आइज़ के साथ देखना (7.9 एमबी)
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फ्रेजर कैन: सब ठीक है, तो गुरुत्वाकर्षण तरंग क्या है?
डॉ। सैम वाल्डमैन: तो एक गुरुत्व तरंग को समझाया जा सकता है यदि आपको याद है कि द्रव्यमान विकृत करता है। इसलिए यदि आपको याद है कि शीट के बीच में डाली गई बॉलिंग बॉल के साथ शीट को खींचते हुए एक शीट की उपमा दी गई है; जहां बॉलिंग बॉल एक द्रव्यमान है और शीट स्पेसटाइम का प्रतिनिधित्व करती है। यदि आप उस बॉलिंग बॉल को बहुत तेजी से आगे और पीछे घुमाते हैं, तो आप शीट में रिपल बना देंगे। हमारे ब्रह्मांड में जनता के लिए भी यही बात सही है। यदि आप एक स्टार को बहुत तेजी से आगे-पीछे करते हैं, तो आप स्पेसटाइम में लहरें बनाएंगे। और चंचलता में वे तरंगें देखने योग्य हैं। हम उन्हें गुरुत्व तरंगें कहते हैं।
फ्रेजर: अब अगर मैं कमरे में घूम रहा हूँ, क्या यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों का कारण है?
डॉ। वाल्डमैन: अच्छा तो यह होगा। जहां तक हम जानते हैं, गुरुत्वाकर्षण सभी पैमानों पर और सभी द्रव्यमानों के लिए काम करता है, लेकिन स्पेसटाइम बहुत कठोर होता है। इसलिए मेरा 200 पाउंड का सेल्फ मेरे ऑफिस के माध्यम से घूम रहा है, जिससे गुरुत्व तरंगें पैदा नहीं होंगी। जिन चीजों की आवश्यकता होती है वे बहुत बड़े पैमाने पर बहुत तेजी से चलती हैं। इसलिए जब हम गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए देखते हैं, तो हम सौर द्रव्यमान पैमाने की वस्तुओं की तलाश कर रहे हैं। विशेष रूप से, हम न्यूट्रॉन सितारों की खोज करते हैं, जो 1.5 और 3 सौर द्रव्यमान के बीच होते हैं। हम कई सौ सौर द्रव्यमान तक ब्लैक होल की तलाश करते हैं। और हम इन वस्तुओं को बहुत तेजी से आगे बढ़ने के लिए देखते हैं। इसलिए जब हम एक न्यूट्रॉन स्टार के बारे में बात करते हैं, तो हम एक न्यूट्रॉन स्टार के बारे में बात कर रहे हैं जो लगभग प्रकाश की गति से आगे बढ़ रहा है। वास्तव में, इसे प्रकाश की गति से कंपन करना पड़ता है, यह केवल गतिमान नहीं हो सकता है, इसे बहुत तेजी से आगे-पीछे हिलाना पड़ता है। इसलिए, वे बहुत ही अनूठे, बहुत बड़े पैमाने पर प्रलयकारी सिस्टम हैं जिन्हें हम खोज रहे हैं।
फ्रेजर: गुरुत्वाकर्षण तरंगें विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक हैं, है ना? उन्हें आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन उन्हें अभी तक नहीं देखा गया है?
डॉ। वाल्डमैन: वे नहीं देखे गए हैं, वे अनुमान लगाए गए हैं। एक पल्सर प्रणाली है जिसकी आवृत्ति गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्सर्जन के अनुरूप एक दर से घूमती है। कि PSR 1913 + 16 और यह कि इस तारे की कक्षा बदल रही है। यह एक अनुमान है, लेकिन निश्चित रूप से, यह सीधे गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अवलोकन नहीं है। हालाँकि, यह बहुत स्पष्ट है कि उन्हें अस्तित्व में है। यदि आइंस्टीन के नियम मौजूद हैं, यदि सामान्य सापेक्षता काम करती है, और यह बहुत अधिक लंबाई के पैमाने पर बहुत अच्छी तरह से काम करती है, तो गुरुत्वाकर्षण तरंगें भी होती हैं। उन्हें देखना बहुत मुश्किल है।
फ्रेजर: यह उनका पता लगाने में सक्षम होने के लिए क्या होने जा रहा है? ऐसा लगता है कि वे बहुत प्रलयकारी घटनाएँ हैं। महान बड़े ब्लैक होल और न्यूट्रॉन तारे घूम रहे हैं, उन्हें ढूंढना इतना मुश्किल क्यों है?
डॉ। वाल्डमैन: इसके दो घटक हैं। एक बात यह है कि ब्लैक होल हर समय टकराते नहीं हैं, और न्यूट्रॉन तारे केवल किसी भी पुराने स्थान पर नहीं हिलते हैं। तो घटनाओं की संख्या जो कि गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण तरंगों का कारण बन सकती है, वास्तव में बहुत छोटी है। अब हम बात करते हैं, उदाहरण के लिए, हर 30-50 वर्षों में एक घटना के साथ मिल्की वे आकाशगंगा।
लेकिन उस समीकरण का दूसरा हिस्सा यह है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें खुद बहुत छोटी होती हैं। तो वे परिचय देते हैं कि हम क्या कहते हैं; प्रति इकाई लंबाई में एक लंबाई परिवर्तन है। उदाहरण के लिए, यदि मेरे पास एक मीटर लंबी एक यार्डस्टिक है, और एक गुरुत्वाकर्षण लहर उस यार्डस्टिक को निचोड़ लेगी, जैसा कि वह आती है। लेकिन यह जिस स्तर पर याद्दाश्त को चीर देगा वह बहुत छोटा है। यदि मेरे पास 1-मीटर यार्डस्टिक है, तो यह केवल 10e-21 मीटर के परिवर्तन को प्रेरित करेगा। इसलिए यह बहुत छोटा परिवर्तन है। बेशक, 10e-21 मीटर का अवलोकन करना वह जगह है जहां एक बड़ी चुनौती एक गुरुत्वाकर्षण लहर का अवलोकन करना है।
फ्रेजर: यदि आप एक यार्डस्टिक की लंबाई किसी अन्य यार्डस्टिक के साथ माप रहे थे, तो उस अन्य यार्डस्टिक की लंबाई बदल रही होगी। मैं देख सकता हूं कि ऐसा करना मुश्किल है।
डॉ। वाल्डमैन: बिल्कुल, इसलिए आपको समस्या है। जिस तरह से हम यार्डस्टिक समस्या को हल करते हैं वह यह है कि हमारे पास वास्तव में 2 यार्डस्टिक्स हैं, और हम उन्हें एक एल में बनाते हैं और जिस तरह से हम उन्हें मापते हैं वह एक लेजर का उपयोग करना है। और जिस तरह से हमने अपनी याद्दाश्त की व्यवस्था की है वह वास्तव में 4-किमी लंबे "एल" में है। 4 किमी लंबे प्रत्येक 2 हथियार हैं, और प्रत्येक हाथ के अंत में एक 4-किग्रा क्वार्ट्ज परीक्षण द्रव्यमान है जिसे हम लेज़रों से उछाल देते हैं। और जब एक गुरुत्वाकर्षण तरंग इस "एल" आकार के डिटेक्टर के माध्यम से आती है, तो यह एक पैर को फैलाती है जबकि यह दूसरे पैर को सिकोड़ती है। और यह ऑडियो आवृत्तियों के भीतर 100 हर्ट्ज कहता है। इसलिए यदि आप इन द्रव्यमानों की गति को सुनते हैं, तो आप 100 हर्ट्ज पर एक चर्चा सुनते हैं। और इसलिए हम अपने लेसरों के साथ जो मापते हैं, वह इस बड़े, "L" आकार के इंटरफेरोमीटर के अंतर की लंबाई है। यही कारण है कि यह LIGO है यह लेजर इंटरफेरोमीटर गुरुत्वाकर्षण-वेव वेधशाला है।
फ्रेजर: अगर मैं इसे सही ढंग से समझूं तो चलो। अरबों साल पहले एक ब्लैक होल दूसरे से टकराता है और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक समूह उत्पन्न करता है। ये गुरुत्व तरंगें ब्रह्मांड को पार करती हैं और पृथ्वी को धोती हैं। जब वे पृथ्वी के पार जाते हैं, तो वे इन हथियारों में से एक को लंबा कर रहे हैं और वे दूसरे को सिकोड़ रहे हैं, और आप इस परिवर्तन का पता लगा सकते हैं कि लेजर आगे और पीछे उछलता है।
डॉ। वाल्डमैन: यह सही है। बेशक, यह है कि लंबाई परिवर्तन बहुत छोटा है। हमारे 4 किमी इंटरफेरोमीटर के मामले में, जिस लंबाई को हम अभी मापते हैं वह 10e-19 मीटर है। और उस पर एक स्केल लगाने के लिए, एक परमाणु नाभिक का व्यास केवल 10e-15 मीटर है। तो हमारी संवेदनशीलता उप-परमाणु है।
फ्रेजर: और इसलिए इस बिंदु पर आपको किस प्रकार की घटनाओं का पता लगाने में सक्षम होना चाहिए?
डॉ। वाल्डमैन: तो यह वास्तव में एक आकर्षक क्षेत्र है। जिस सादृश्य का हम उपयोग करना चाहते हैं, वह ऐसा है जैसे कि रेडियो तरंगों के साथ ब्रह्मांड को देखना ब्रह्मांड को दूरबीनों से देखना था। आपके द्वारा देखी जा रही चीजें बिलकुल अलग हैं। आप ब्रह्मांड की एक पूरी तरह से अलग शासन के प्रति संवेदनशील हैं। विशेष रूप से, LIGO इन प्रलयकारी घटनाओं के प्रति संवेदनशील है। हम अपनी घटनाओं को 4 व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत करते हैं। पहला जिसे हम फट कहते हैं, और वह ब्लैक होल जैसा कुछ होता है। तो एक सुपरनोवा विस्फोट होता है, और इतना अधिक पदार्थ इतनी तेजी से आगे बढ़ता है कि यह ब्लैक होल बनाता है, लेकिन आप नहीं जानते कि गुरुत्वाकर्षण क्या दिखता है। आप सभी जानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें होती हैं। तो ये ऐसी चीजें हैं जो बहुत तेजी से होती हैं। वे सबसे अधिक 100 मिलीसेकंड तक रहते हैं, और वे ब्लैक होल के गठन से आते हैं।
एक अन्य घटना जिसे हम देखते हैं, जब दो ऑब्जेक्ट एक-दूसरे के साथ कक्षा में होते हैं, तो दो न्यूट्रॉन तारे एक दूसरे की परिक्रमा करते हैं। अंततः उस कक्षा का व्यास घटता है। न्यूट्रॉन तारे आपस में जुड़ेंगे, वे एक दूसरे में गिरेंगे और एक ब्लैक होल का निर्माण करेंगे। और बहुत अंतिम कुछ कक्षाओं के लिए, वे न्यूट्रॉन तारे (ध्यान में रखते हैं कि वे 1.5 से 3 सौर द्रव्यमान वाली वस्तुएं हैं), प्रकाश की गति के बड़े अंशों में घूम रहे हैं; 10%, प्रकाश की गति का 20% कहते हैं। और वह गति गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक बहुत ही कुशल जनरेटर है। ताकि हम अपने मानक मोमबत्ती के रूप में उपयोग करें। जो हमें लगता है कि हम जानते हैं कि मौजूद है; हम जानते हैं कि वे वहां से बाहर हैं, लेकिन हमें यकीन नहीं है कि उनमें से कितने किसी एक समय में बंद हो रहे हैं। हमें यह निश्चित नहीं है कि सर्पिल में न्यूट्रॉन स्टार, ऑप्टिकल विकिरण में रेडियो तरंगों या एक्स-रे में कैसा दिखता है। इसलिए यह गणना करना थोड़ा मुश्किल है कि आप कितनी बार सर्पिल या सुपरनोवा देखेंगे।
फ्रेजर: अब आप उनकी दिशा का पता लगा पाएंगे?
डॉ। वाल्डमैन: हमारे पास दो इंटरफेरोमीटर हैं। वास्तव में हमारे पास दो साइट और तीन इंटरफेरोमीटर हैं। एक इंटरफेरोमीटर लिविंगस्टन लुइसियाना में है, जो न्यू ऑरलियन्स के ठीक उत्तर में है। और हमारा अन्य इंटरफेरोमीटर पूर्वी वाशिंगटन राज्य में है। क्योंकि हमारे पास दो इंटरफेरोमीटर हैं, हम आकाश में त्रिकोणासन कर सकते हैं। लेकिन जहां स्रोत है, वहां कुछ अनिश्चितता बाकी है। दुनिया में अन्य सहयोग हैं जो हम जर्मनी, इटली और जापान में काफी निकटता से काम करते हैं, और उनके पास डिटेक्टर भी हैं। इसलिए यदि कई साइटों में कई डिटेक्टर एक गुरुत्व तरंग देखते हैं, तो हम स्थानीयकरण में बहुत अच्छा काम कर सकते हैं। उम्मीद यह है कि हम एक गुरुत्वाकर्षण लहर देखते हैं और हम जानते हैं कि यह कहां से आता है। फिर हम अपने रेडियो खगोलविदों सहयोगियों और हमारे एक्स-रे खगोलविदों सहयोगियों, और हमारे ऑप्टिकल खगोलविदों सहयोगियों को आकाश के उस हिस्से को देखने के लिए कहते हैं।
फ्रेजर: क्षितिज पर कुछ नए बड़े टेलिस्कोप हैं; अत्यधिक बड़े और विशाल रूप से बड़े, और मैगलन ... बड़ी दूरबीनों को खर्च करने के लिए काफी बड़े बजट के साथ पाइप के नीचे आते हैं। मान लें कि आप गुरुत्वाकर्षण तरंगों को मज़बूती से पा सकते हैं, यह लगभग वैसा ही है जैसे यह हमारी पहचान में एक नया स्पेक्ट्रम जोड़ता है। यदि बड़े बजट को इन गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों में से कुछ में डाल दिया जाता है, तो आपको क्या लगता है कि उनका उपयोग किया जा सकता है?
डॉ। वाल्डमैन: ठीक है, जैसा कि मैंने पहले कहा था, यह खगोल विज्ञान में क्रांति की तरह है जब रेडियो टेलीस्कोप पहली बार ऑनलाइन आए थे। हम मौलिक रूप से अलग-अलग वर्ग की घटनाओं को देख रहे हैं। मुझे कहना चाहिए कि LIGO प्रयोगशाला काफी बड़ी प्रयोगशाला है। हम 150 से अधिक वैज्ञानिकों को काम कर रहे हैं, इसलिए यह एक बड़ा सहयोग है। और हम आशा करते हैं कि हम आगे बढ़ने वाले सभी ऑप्टिकल और रेडियो खगोलविदों के साथ सहयोग करेंगे। लेकिन यह अनुमान लगाना थोड़ा मुश्किल है कि विज्ञान क्या रास्ता अपनाएगा। मुझे लगता है कि यदि आप बहुत सारे सामान्य सापेक्षवादियों से बात करते हैं, तो गुरुत्व तरंगों की सबसे रोमांचक विशेषता यह है कि हम ऐसा कुछ कर रहे हैं जिसे स्ट्रॉन्ग फील्ड जनरल रिलेटिविटी कहा जाता है। यह सब सामान्य सापेक्षता है जिसे आप सितारों और आकाशगंगाओं को देखकर माप सकते हैं जो बहुत कमजोर है। इसमें बहुत अधिक द्रव्यमान शामिल नहीं है, यह बहुत तेज़ी से नहीं बढ़ रहा है। यह बहुत बड़ी दूरी पर है। जबकि, जब हम ब्लैक होल और न्यूट्रॉन स्टार के टकराने की बात कर रहे होते हैं, तो बहुत ही कम बिट, जब न्यूट्रॉन स्टार ब्लैक होल में गिरता है, बेहद हिंसक होता है और सामान्य सापेक्षता के दायरे का पता लगाता है जो कि बहुत अधिक नहीं है रेडियो के साथ, एक्स-रे के साथ सामान्य दूरबीन के साथ सुलभ। इसलिए उम्मीद यह है कि वहां कुछ मौलिक रूप से नए और रोमांचक भौतिकी हैं। मुझे लगता है कि मुख्य रूप से हमें क्या प्रेरित करता है, आप इसे सामान्य सापेक्षता के साथ मज़ेदार कह सकते हैं।
फ्रेजर: और आपको अपनी पहली पहचान कब होगी?
डॉ। वाल्डमैन: तो LIGO इंटरफेरोमीटर - सभी तीन इंटरफेरोमीटर - जो LIGO संचालित करते हैं, सभी डिजाइन संवेदनशीलता पर चल रहे हैं, और हम वर्तमान में हमारे S5 रन के बीच में हैं; हमारा पांचवा विज्ञान चलता है, जो साल भर चलता है। एक वर्ष के लिए हम सभी गुरुत्वाकर्षण तरंगों को देखने की कोशिश करते हैं। जैसा कि खगोल विज्ञान में बहुत सी चीजों के साथ है, इसका अधिकांश इंतजार और देखना है। यदि कोई सुपरनोवा विस्फोट नहीं करता है, तो हम निश्चित रूप से इसे देखने नहीं जा रहे हैं। और इसलिए हमें यथासंभव लंबे समय तक ऑनलाइन रहना होगा। सुपरनोवा घटना की तरह किसी घटना का अवलोकन करने की संभावना, हमारे वर्तमान संवेदनशीलता पर - के क्षेत्र में मानी जाती है - यह सोचा गया कि हम हर 10-20 साल में एक देखने वाले हैं। एक बड़ी रेंज है। साहित्य में, ऐसे लोग हैं जो दावा करते हैं कि हम प्रति वर्ष कई बार देखेंगे, और फिर ऐसे लोग हैं जो दावा करते हैं कि हमने अपनी संवेदनशीलता पर कभी भी नहीं देखा। और रूढ़िवादी मध्यम जमीन हर 10 साल में एक बार होती है। दूसरी ओर, इस रन के समाप्त होते ही हम अपने डिटेक्टरों को अपग्रेड कर रहे हैं। और हम 2 के कारक के द्वारा संवेदनशीलता में सुधार कर रहे हैं, जो 2 घन के कारक से हमारी पहचान दर को बढ़ाएगा। क्योंकि संवेदनशीलता एक दायरा है, और हम अंतरिक्ष में एक मात्रा की जांच कर रहे हैं। पता लगाने की दर में 8-10 के उस कारक के साथ, हमें हर साल या एक बार एक घटना देखनी चाहिए। और फिर उसके बाद, हम उन्नत एलआईजीओ को अपग्रेड करते हैं, जो संवेदनशीलता में 10 सुधार का कारक है। जिस स्थिति में हम लगभग निश्चित रूप से हर दिन या एक बार गुरुत्वाकर्षण तरंगों को देख रहे होंगे; हर 2-3 दिन। उस उपकरण को एक बहुत ही वास्तविक उपकरण के रूप में तैयार किया गया है। हम गुरुत्वाकर्षण खगोल विज्ञान करना चाहते हैं; हर कुछ दिनों में घटनाओं को देखना। यह स्विफ्ट उपग्रह को लॉन्च करने जैसा होगा। जैसे ही स्विफ्ट ऊपर गई, हमने हर समय गामा किरण को फटते देखना शुरू कर दिया, और उन्नत एलआईजीओ समान होगा।
