Gravitatiegolven

Presentatie voor Vendelinus, Genk, 9 nov 2013. Trefwoorden: sterrenkunde, astronomie, kosmologie.

Transcript

1. Bart Buelens, Vendelinus, Genk, 9 november 2013
2. Massa & gravitatie
3. Algemene relativiteitstheorie  Einstein, 1916 definitieve versie  Ook foton, zonder massa, wordt beïnvloed door gravitatie  Massa vervormt ruimte-tijd continuüm  1919 – Eddington verifieert afbuigen van licht in buurt van massa (zon), tijdens eclips
4. Gravitatiegolven
5. Gravitatiegolven
6. Gravitatiegolven
7. Wat zijn gravitatiegolven?  Golven die drager zijn van gravitatie-energie ontstaan door versnelling van massa  Veranderingen in gravitatieveld  “Rimpels” in ruimte-tijd continuum  Bestaan ervan voorspeld door Einstein in ART in 1916  1974, Hulse en Taylor, indirecte waarneming  Gravitatiegolven nog niet direct gemeten
8. http://www.ligo.org
9. Kenmerken gravitatiegolven  Planten zich voort aan lichtsnelheid  Gaan onveranderd door materie  Veroorzaken heel kleine uitrekking en inkrimping
10. Detectie  Meten van verandering van afstand tussen twee massa’s L ΔL ℎ = ∆ ≅ 10−21
11. Detectie  Bijvoorbeeld massa’s op 100 km van elkaar  Diameter van een proton, ong. = 105 ∆ ≅ 10−21 = 10−16 10−15
12. Gravitatiegolfdetector http://www.ego-gw.it “Michelson interferometer”
13. Gravitatiegolfdetector
14. Interferentiepatroon ∆ = 0 ∆ > 0
15. De Virgo detector  In buurt van Pisa, Italië  Operationeel sinds 2003  Armen 3 km lang  Met spiegels: elke laserstraal tot 120 km lang  Gevoelig/nauwkeurig tot  Ligt nu stil wegens upgrade, herstart 2015 ℎ = 5 ∗ 10−22
17. Welke bronnen te detecteren?  Dubbelsystemen, vooral met neutronensterren en/of zwarte gaten: periodieke golven  makkelijkst te vinden  Einstein@home  Botsingen, supernovae: eenmalige golf  Tijdens inflatie na oerknal: ongestructureerd  Ook Planck missie (ESA) zou deze kunnen meten
18. Frequenties  10−16 < < 104  Huidige aardse detectoren 10 < < 103; vooral dubbelsystemen met neutronensterren en zwarte gaten  Hogere frequentie: supernovae  Lagere frequentie: “oer-golven” (inflatie), gewone dubbelsterren
19. Voorbeeld  “Inspiral” van een dubbele neutronenster www.ligo.org
21. Andere detectoren  Interferometers  LIGO (2 locaties in VS)  GEO (Duitsland)  TAMA (Japan)  Aigo (Australie)  Pulsar methode  Resonant Mass Detectors
22. Combineren van detectoren  Makkelijker signaal van ruis te scheiden  Detecties verifiëren  Richting van bron bepalen via triangulatie
23. BlackGEM Array  O.a. Radboud Universiteit  20 telescopen (60cm spiegels), Chili  Bronnen van gravitatiegolven onderzoeken na detectie met VIRGO en LIGO (die richting aangeven)  Operationeel 2017
24. Problemen detectoren  Gezocht signaal is zwak  Veel ruis  O.a. seismische storingen  Lengte van armen van detectoren beperkt
25. LISA
26. LISA  Laser Interferometer Space Antenna  Drie units  5 miljoen km van elkaar  Elke unit fungeert als centraal element:  Drie interferometers  Geen seismische storing  Lange armen: heel gevoelig
27. Positie van de LISA units
28. LISA Mission status  Eerste idee jaren ‘70, concreter jaren ‘90  2004: Formeel ESA-NASA plan  2011: NASA geeft op wegens te duur  ESA herdoopt LISA tot NGO, New Gravitational wave Observatory  2012: NGO niet geselecteerd voor definitiefase; verliest van JUICE  Nu: consortium eLISA (evolved LISA)  NASA: atoomdetector
29. LISA Pathfinder
30. LISA pathfinder  ESA missie te lanceren in 2015  Demonstratie van LISA technologie:  Detectie gravitatiegolven  Positionering van tuig  Duurzaamheid componenten  Een arm: 35 cm i.p.v. 5 miljoen km  In baantje om L1 te brengen  Extensie: bewijzen dat MOND niet(?) klopt
31. Het belang van detectie  Inzicht en kennis  Bevestiging ART  Nieuw “venster” om heelal waar te nemen  gravitatietelescoop
32. Referenties & bronnen  “Ear on the universe”, New Scientist, 21 Sept 2013  “An ear to the Big Bang”, Sci. Am., Oct 2013  http://www.ligo.org  http://www.virgo.infn.it/  http://hemel.waarnemen.com (Marc van der Sluys)  http://www.astro.ru.nl  http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave  www.elisascience.org  http://sci.esa.int/lisa, http://sci.esa.int/ngo/  Leif Podhajsky (foto eerste slide, bij artikel NS)