Grabitazio uhin

Fisikan,uhin grabitatorio bat azeleraturikomasahandiko objektu batek sortutakoEspazio-denborarenperturbazio bat da.Uhinhauen existentzia, non perturbazio grabitatorioa espazio denboran argiaren abiaduran transmititzen den,Einsteinen Erlatibitate orokorrarenteorian aurresan zen^[1]^[2].

Uhin hauek lehen aldiz ikusi ziren 2015eko irailaren 14an, eta hau ikusi zuten zientzialariekLIGOetaVirgoexperimentuetan lanean ari ziren, eta 2016ko otsailaren 11an, emaitzen analisi sakonaren ondorioz etaEinsteineklehen aldiz aurresan eta ehun urte geroago, publiko egin zuten aurkikuntza^[3].Uhin hauek aurkitzeakErlatibitate orokorrarenbaieztapena izan ziren.

Hauek aurkitu aurretik zeharkako probak besterik ez zeuden, haien arteanpulsarbitar baten periodoan aztertutako beherakada^[4].2014ko martxoan BICEP2 experimentuak iragarri zuen mikrouhinenHondo kosmikoarenpolarizazioan aurkitutako B-moduak^[5].Ikerkuntza hauek,PLANCK teleskopioarenarekinalderatuz, agerian utzi zuten BICEP-2-ren emaitzak hauts kosmikoaren interferentziaren ondorioz izan litezkeela, beraz alde batera utzi izan ziren^[6].

Uhin grabitazionalak espazio denboraren ondorioz sortutako fluktuazioak dira, non hauek uhin moduraargiaren abiaduranbarreiatzen diren. Erradiazio grabitatorioa beraien artean grabitatzen ari diren objetuen artean sortutako uhinen ondorioz sortzen da.

Aurrekari teorikoak

Erlatibitate orokorragrabitazioarenteorietako bat da,erlatibitate bereziarekinbateragarria dena alderdi askotan, besteak beste, ados dagoArgiaren abiaduranbaino azkarrago ezin dela bidaitu adierazpenarekin. Honek esan nahi dueremu grabitatoriokoaldaketak ezin direla toki guztietan aldiberean gertatu: barreiatu behar dira. Erlatibitate orokorreanuhin elektromagnetikoetanbezala barreiatzen dira hutsean, hau da, argiaren abiaduran. Barreiatze diren aldaketa hauei uhin grabitatorio deritze.

Erradiazio grabitatorioa erlatibitate orokorraren aurresan printzipalenetariokoa da eta bere detekzioa teoriaren osotasunaren proba da. Hala ere, etorkizunean gehien bat behaketarako instrumentutzat erabili izan daiteke. Hulse-Taylorpulsarbitarraren behaketekErlatibitate orokorrekoerradiazio grabitatorioaren kuantizazio zuzenaren frogak eman zituen. Hala ere,astronomiakduen informazioaerradiazioiturrien gainean oso mugatua da.

Uhin elektromagnetikoenbanda berri bat ikerkuntza astronomikora irekitzen zen bakoitzean fenomeno berri eta ustekabeko ugari aurkitu izan dira, eta badirudi hau gertatzen jarraituko dela behatoki berrien irekieraren ondorioz, bate ere uhin hauekerradiazio elektromagnetikokouhinek ez daramaten informazioa barreiatzen baitutelako. Uhin grabitatorioakmasenmugimenduaren ondorioz sortzen dira, beraz masen eta abiadruen distribuzioa kodifikatzen dute. Koherenteak dira eta haien frekuentzia baxuek iturriendenboradinamikoak isaltzen dituzte.

Adituen aburuz, 2016an argira emandakouhinakbizulo beltzenarteko talkaren ondorioa dira, bata 29eguzkimasakoa eta bestea 36 eguzki masakoa^[7].Bien artean 62 eguzki masako zulo beltza eratu zuten. Gertakizun hau LIGO-ren bidez "entzun" ahal izan zen, eta hainbat hilabeteetako analisiaren ondorioz, ziurtasun handiarekin berretsi ahal izan zen uhin grabitatorioak zirela^[7].Orain arte, espazioko objektuakuhin elektromagnetikoenbidez aztertu ahal izan dira, hau da, hauek igortzen zutenerradiazio elektromagnetikoarenbidez. Hala ere, objetku hauek ere detektatu diren perturbazioen ondorioz sortutako uhinak ere igortzen dituzte, beraz orain ikerlariek uhinak "ikusi" eta "entzun" ditzakete, baiuhin elektromagnetikoenbidez baita uhin grabitatorioen bidez ere^[7].Aipatutako argitalpenenan, zientzialarien aburuz aurkikuntza honen ondoriozastronomiarengarai berri batean sartzen gara, izan ere, tresna honekunibertsoarenazterpenean ez da bakarrikespektroahanditzea izango, baizik eta espektro berri bat. Uhin elektromagnetikoekin unibertsoak jadanik 300 000 urte zitueneko informazioa lor dezakegu asko jota, baina uhin grabitatorioekin unibertsoak segundi bat besterik ez zueneko informaziora ailegatu gaitezke^[7].

Uhin grabitatorioekin berdintasun eta desberdintasunak

Uhin elektromagnetikoak mugimendu konplexuak egiten dituztenelektroiindibidualen bidez sortzen dira. Inkoherenteak dira etafotoiindibidualak emititzen diren fotoien multzoestatistikoarenlagintzat interpretatu behar dira. Hauen frekuentziak mikrofisikaren bidez neurtzen dira. Behaketaelektromagnetikoenbidez, iturrian modelazio bat eginez inferentziak eragin ditzakegu estruktura honetan. Izan ere, uhin grabitatorioak iturriaren estrukturarekin eta mugimenduarekin zuzenean konektaturiko informazioa daramate.

Honen adibide esanguratsua nukleo galaktikoetakozulo beltz masiboakdira. Espektro elektromagnetiko osoan zehar egindako behaketen ondorioz,astrofisikariakmila milloikoeguzki masadun zulo beltzak quasarrenemisioen arduradunak direla diote.Zulo beltzbaten nabaritasuna zeharkakoa da: ez dago beste objekturik halakomasahandi bat izan ahal duenik bolumen hain txiki batean. Uhin grabitatorioen behaketaren bidezzulo beltzendinamika ezagutzea eta hauen masak eta frekuentziabibrakorrakneurtzea posible izango litzake. Hori dela eta, agerikoa da uhin grabitatorioen etauhin elektromagnetikoenbehaketakastronomiaraekar ditzaken abantailak.

Polarizazioaridagokionean,uhin elektromagnetikoakez bezala, uhin grabitatorioak,Einsteinen Erlatibitate Orokorraren Teorian,bi polarizazio mota izan ditzakete soilik: plus polarizazioa eta polarizazio gurutzatua, eta bien artekoangelua $\pi /4$ -koa izango da^[8].

Grabitazio-uhinak igortzen dituzten objektuak

Uhin hauentzako iragarritako amplitudea eta efektu behagarriak oso ahulak dira, ondorioz beren zuzenezko detekzioa oso zaila da. Izan ere, amplitudearen kasuan, beste iturrietatik igorritako zaratarekin alderatuz askoz ere txikiako da. Oraingozunibertsokofenomeno bortitzenek bakarrik sor ditzakete guk detektatu ahal izango ditugun uhin grabitazionalak.

Era zuzenean detektagarriak izan daitezken uhinen iturriakazeleraziohandira mugitzen diren objetu osomasiboakedotahomogeneoakez diren etaabiadurahandian biratzen ari diren objektuak dira. Besteak beste hurrengo feomenoetan ematen dira:

Supernobabaten leherketa
Zulo beltzbaten sorkuntza
Neutroien izaredotazulo beltzenkoalezentzia bezalako objektu masiboen talka
Heterogeneoa denneutroi izarbaten errotazioa
Big Bang-arenerradiaziohondarra. Azken honekunibertsoarenformakuntzaren informazioa eman diezaiguke, izan ere garai ilunari buruzko informazioa ezin dugu jakinuhin elektromagnetikoenbitartez.

Masaduen etaazelerazioandagoen edozein objektuk igortzen ditu uhin grabitatorioak, gure makinen zehaztasunaren baitan egongo da hauek detektatzea eta kuantifikatzean. Oraingoz energia handiko gertakizunetan besterik ez ditugu antzeman.

Froga esperimentalak

Uhin grabitatorioen detekzioaren ikerketa 1960-ko hamarkadan hasi zen,Marylandeko Unibertsitatean.Bertan lehen barra detektagailua eraiki zen: girotenperaturan( $300K$ )aluminiozko zilindro masibobat ( $2\cdot 10^{3}kg$ ), $1600Hz$ -koerresonantzia frekuentziazuena. Lehen prototipo honek $10^{-13}$ edo $10^{-14}$ -ko sentsibilitate moderatua zuen.

Sentsibilitate baxu honez gain, 1960-ko hamarkadaren bukaeran,J. Webberzientzialariak bi antzeko barren artean detektatutako gertakizun multzoaren berri eman zuen. Berri honen ondorioz, munduko beste lekutako hainbat taldek (Glasgow,Munich,Paris,Erroma,Bell Laborategiak,Stanford,Rochester,LSU,MIT,BeijinetaTokio) barra detektagailuak eraiki eta garatu zituzten,Webberenemaitzak egiaztatzeko. Zoritxarrez, Webberrek egindako neurketak ez ziren inoiz berriz lortu. Izan ere, egiaztatze falta ez zuen frogatzen uhin grabitatorioak existitzen ez zirenik, kalkulu teorikoek seinaleak detektagailu hauekin neurtzeko ahulegiak izango zirela adierazten baitzuten.

1980 urtetik 1994 urterarte detektagailuen garapena bi bide hartu zituen nagusiki:

Barra detektagailukriogenikoak,batez ereErroman,Standforden,LSUn etaAustraliangaratutakoak. Klase honetako detektagailurik hoberena $10^{-19}$ -ko sentsibilitatea lortu dezake.
Interferometroak,MITen,Garchingen,Glasgowen,CaltechenetaTokiongaratutakoak. Detektagailu hauen sentsibilitatea $10^{-18}$ ordenekoa zen. 1989. urtean Glasgow/Garching-en esperimentua, detektagailu hauekin egindako lehenengoa izan zen.

Azken hau, uhin grabitatorioen existentziaren frogapena kontsideratzen da. Arrazoi honengatik, eta TaylorrekFisikako Nobel Sariairabazi zuten, 1993. urtean. Beranduago 2005. urtean, bigarrenpulsarbitar bat (PSR J0737-3039) aurkitu zen.Pulsarhonen portaerakerlatibitate orokorrekouhin grabitatorioetanenergiaemititzeko era egiaztatu zuen.

2004ko martxoan, Harvard-Smithsoniano Astrofisika Zentruko astronomoekunibertsoareninflazioan zehar uhin grabitatorioen lehen detekzioaren berri eman zuten. AurkikuntzakHego Poloandagoen BICEP2 izenekoteleskopiobaten bidez eman ziren, 2006. urteanmikrouhinen hondo kosmikoaren polarizazioarenikerketa batean. Izan ere, zenbait taldek hainbat aparatu esperimentalen presentziak behaketei eragin ziezaketela adierazi zuten^[9].

2016ko urtarrilaren 11an, uhin grabitazionalak modu zuzenean detektatu zirelaren zurrumurrua zabaldu zen,LIGO-k egindakoa. Hilabete baten ondoren, otsailak 11,LIGO-ko ikerlariek zurrumurru horiek berretsi zituzten. Uhin grabitazional hauekn lehen aldiz 2015eko irailaren 14an ikusi ziren,LIGO-ren bi detektatzaileen bidez, hurrengo izena emanez: GW150914. Uhin honen iturria bizulo beltzekosatutako sistema bitarraren kolapsoaren ondorioz sortu zen, duela 1300 milioiko gertaketa bat. Beste detekzioekin alderatu, hau era zuzenean lortutako lehena izan zen^[10].

Uhin-grabitatorioen behatokiak

Gaur egun uhin grabitazionalen behaketarako hainbat behatoki daude, besteak beste:LIGO(Estatu Batuak),TAMA300(Japonia),GEO 600(AlemaniaetaErresuma Batua) edotaVirgo(FrantziaetaItalia).

LISAespazioko misioa da, oraindik azterketa fasean dago. Helburua espazioan uhin grabitazionalak detektatzeko sortuko den lehen behatokia izatea da, eta aurten operatiboa egotea espero da. Antzeko behatoki bat sortzeaJaponiarenideietako bat da,DECIGO,2027. urterako egina egon litekeena.

Erreferentziak

↑(Gaztelaniaz)Fernández Barbón, J.L.. (2016ko otsailaren 13a).“Una nueva astronomía ha nacido hoy”.El País,https://elpais /elpais/2016/02/11/ciencia/1455218258_488841.htmlor..
↑(Gaztelaniaz)La detección de las ondas gravitatorias, el Santo Grial de la física.Afp,http:// jornada.unam.mx/ultimas/2016/02/09/la-deteccion-de-las-ondas-gravitacionales-el-santo-grial-de-la-fisica-7637.htmlor..
↑(Ingelesez)«Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction».,http:// ligo.org/news/detection-press-release.pdfor..
↑(Ingelesez)«A new test of general relativity - Gravitational radiation and the binary pulsar PSR 1913+16».Astrophysical Journal,https://dx.doi.org/10.1086%2F159690or..
↑(Ingelesez)“BICEP2 I: Detection Of B-mode Polarization at Degree Angular Scales”.Phys Rev Lett 112,http://arxiv.org/abs/1403.3985or..
↑(Ingelesez)Nature,http:// nature /news/gravitational-waves-discovery-now-officially-dead-1.16830or..
↑^a ^b ^c ^d(Gaztelaniaz)"Por qué es tan importante que se haya comprobado la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitacionales".BBC Mundo,https:// bbc /mundo/noticias/2016/02/160211_ciencia_ondas_gravitacionales_relatividad_einstein_gtgor..
↑(Ingelesez)"Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves".Living Rev. Relativity 2009,http://arxiv.org/pdf/0903.0338v1.pdfor..
↑(Ingelesez)«No evidence for or against gravitational waves».Nature,http:// nature /news/no-evidence-for-or-against-gravitational-waves-1.15322or..
↑(Ingelesez)«LIGO Detected Gravitational Waves from Black Holes».,https:// ligo.caltech.edu/detectionor..

Kanpo estekak

Datuak:Q190035
Multimedia:Gravitational waves/Q190035

[1] (Gaztelaniaz)Fernández Barbón, J.L.. (2016ko otsailaren 13a).“Una nueva astronomía ha nacido hoy”.El País,https://elpais /elpais/2016/02/11/ciencia/1455218258_488841.htmlor..

[2] (Gaztelaniaz)La detección de las ondas gravitatorias, el Santo Grial de la física.Afp,http:// jornada.unam.mx/ultimas/2016/02/09/la-deteccion-de-las-ondas-gravitacionales-el-santo-grial-de-la-fisica-7637.htmlor..

[3] (Ingelesez)«Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction».,http:// ligo.org/news/detection-press-release.pdfor..

[4] (Ingelesez)«A new test of general relativity - Gravitational radiation and the binary pulsar PSR 1913+16».Astrophysical Journal,https://dx.doi.org/10.1086%2F159690or..

[5] (Ingelesez)“BICEP2 I: Detection Of B-mode Polarization at Degree Angular Scales”.Phys Rev Lett 112,http://arxiv.org/abs/1403.3985or..

[6] (Ingelesez)Nature,http:// nature /news/gravitational-waves-discovery-now-officially-dead-1.16830or..

[:0-7] (Gaztelaniaz)"Por qué es tan importante que se haya comprobado la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitacionales".BBC Mundo,https:// bbc /mundo/noticias/2016/02/160211_ciencia_ondas_gravitacionales_relatividad_einstein_gtgor..

[8] (Ingelesez)"Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves".Living Rev. Relativity 2009,http://arxiv.org/pdf/0903.0338v1.pdfor..

[9] (Ingelesez)«No evidence for or against gravitational waves».Nature,http:// nature /news/no-evidence-for-or-against-gravitational-waves-1.15322or..

[10] (Ingelesez)«LIGO Detected Gravitational Waves from Black Holes».,https:// ligo.caltech.edu/detectionor..

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]