Cosa ha visto LIGO in realtà? (Scoperta delle onde gravitazionali)

Sto cercando di trovare un video / immagine originale di ciò che LIGO ha effettivamente visto, ma tutto quello che riesco a trovare sono rappresentazioni artistiche di onde gravitazionali.

L'immagine reale non è molto. Sono stato in grado di trovarlo dalla scienza , e questo è tutto:

È solo un'increspatura, vista in momenti leggermente diversi da due diversi osservatori. Lo spostamento si adatta perfettamente spostandolo dalla velocità della differenza di luce nelle loro posizioni. Quindi è la prova delle onde di gravità.

Va notato che il motivo per cui esistono due strumenti è quello di fornire un controllo incrociato contro altre fonti di vibrazione. Ogni osservatorio funziona rilevando le vibrazioni su una scala di 4 km, fino a un ordine di grandezza molto piccolo (1 / 10.000 della larghezza di un protone). Quando i due vengono confrontati, allora si può presumere che il segnale debba provenire da una fonte non locale, che solo le onde gravitazionali si adattano a quella definizione.

Innanzi tutto, penso che la tua domanda smentisca un malinteso sulla natura degli osservatori LIGO. La natura dei rilevatori è che si comportano come un microfono, al contrario di una telecamera. Ciò significa che sono sensibili alle onde gravitazionali che arrivano dalla maggior parte delle direzioni, ma non hanno la capacità di distinguere la provenienza delle onde. Usando più rivelatori (che è anche necessario per un rilevamento sicuro) la differenza di tempo tra i rivelatori può essere usata per dare un'idea della posizione della sorgente. Significa anche che l'output dei rivelatori è un singolo flusso di dati.

Questa immagine dall'articolo in Physical Review Letters (non dietro un paywall) è un riassunto migliore di ciò che LIGO ha ascoltato rispetto all'attuale risposta accettata. Spiegherò i riquadri dall'alto verso il basso.

1. I riquadri superiori mostrano i segnali "grezzi" misurati nei due rivelatori con i dati H1 sovrapposti ai dati L1 a destra.
2. La seconda fila di riquadri mostra una serie di diverse simulazioni di ciò che la relatività generale (teoria di Einstein) prevede per le onde gravitazionali. Queste simulazioni sono come LIGO è in grado di affermare di sapere che l'onda è stata causata da due buchi neri che si fondono.
3. La terza riga di riquadri contiene i dati "grezzi" meno le simulazioni.
4. I riquadri inferiori sono semplicemente un altro modo per tracciare i dati "grezzi" chiamati un diagramma della frequenza temporale. Il tempo è sull'asse x e la frequenza è sull'asse y. Per una persona dal campo questo segnale è la caratteristica più riconoscibile di una fusione, nota come cinguettio. Con il passare del tempo, la frequenza si sposta più in alto. Puoi effettivamente ascoltare il cinguettio "grezzo" qui .

LIGO non ha "visto" nulla. Monitora le lunghezze relative dei percorsi seguite da due raggi laser in tubi a vuoto lunghi circa 4 km (sebbene il percorso laser consista di circa 75 viaggi su e giù per le braccia) e ad angolo retto l'uno rispetto all'altro.

Un'onda gravitazionale, viaggiando alla velocità della luce, cambia il rapporto di queste lunghezze (uno si accorcia, si allarga, quindi si scambiano) di circa più o meno 1 parte in (un miliardo di trilioni) di circa 30 -200 volte al secondo mentre passa attraverso lo strumento.$10^{21}$

L'intero evento è durato circa 0,3 secondi e la traccia (che è stata in tutte le notizie) registra semplicemente la frazione con cui la lunghezza delle braccia cambia in funzione del tempo.

L'evento è stato (quasi) contemporaneamente registrato da due configurazioni quasi identiche in diverse parti degli Stati Uniti. Il rilevamento dello stesso segnale in entrambi i rivelatori esclude una causa locale del disturbo e il piccolo ritardo tra i rilevamenti consente una posizione approssimativa della sorgente di onde gravitazionali sul cielo.

Secondo il tutorial GW150914 , questo è ciò che originariamente rilevavano i rilevatori Advanced LIGO L1 e H1:

Puoi scaricare i dati grezzi da questo tutorial.

Le altre risposte mostrano forme d'onda già elaborate (sbiancate, filtrate, spostate di 7 ms, invertite).

Il vero meccanismo di misurazione utilizzato da LIGO è l'interferometria laser, quindi una ragionevole interpretazione di ciò che "vide" LIGO sarebbe il modello di interferenza causato dalle onde di gravità, che "apparirebbe" qualcosa del genere:

Purtroppo non sono riuscito a trovare un'immagine dell'effettiva interferenza laser menzionata da LIGO; è probabilmente troppo piccolo per la fotografia comunque.

Tutti gli altri grafici che le persone stanno collegando sono solo grafici dei dati del modello di interferenza. Mostrare un grafico dei dati LIGO come risposta a questa domanda è come mostrare un istogramma di immagine come risposta alla domanda "Cosa vede il telescopio spaziale Hubble?"

Non so se è interessante per te, ma ecco il link dell'articolo che è stato pubblicato su quelle osservazioni:

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

Una volta che la risposta sopra è abbastanza semplice! Ciò che il documento dice (in breve) è che LIGO ha osservato un segnale transitorio di onde gravitazionali e queste osservazioni corrispondono alle previsioni della forma d'onda derivate dalla relatività generale per il sistema che coinvolge due buchi neri.