¿Cómo saben los científicos de LIGO que las ondas gravitacionales detectadas se generaron hace 1.300 millones de años?

El documento [1602.03840] Propiedades de la fusión binaria de agujeros negros GW150914 mencionado por Kshitiz Bansal es complicado, pero intentaré traducir lo que puedo entender en términos simples. Un sistema de agujero negro es bastante simple en términos astronómicos. Las características de la fusión se pueden calcular a partir de modelos. Esto sería aún más simple que calcular las características de sonido de una campana en función de la variación del tamaño o grosor de las paredes. Cuando se toca una campana, la firma del sonido incluye segmentos como el volumen, el ataque, la frecuencia y la tasa de descomposición que proporcionan información sobre la campana.

Usando los modelos de agujeros negros, las características en el chirp también brindan información. La forma de las primeras ondas indica la proporción de masas. El comportamiento justo antes de la fusión proporciona información sobre la masa total, al igual que la frecuencia del ringdown. Para una masa dada, se puede calcular la amplitud o “volumen” de la fuente. Conociendo la fuerza de la fuente, la disminución en el “volumen” medido o la luminosidad puede dar la distancia, ya que la gravedad disminuye de acuerdo con la ley del cuadrado inverso. Esto es similar a cómo los astrónomos miden la distancia usando la luz visible recibida de una “vela estándar” de supernovas 1A que emiten cantidades consistentes de luz.

El retraso de tiempo entre la recepción de los detectores proporciona información sobre la ubicación. La dirección que usa la demora solo se puede reducir a ubicaciones a lo largo de un plano o círculo en el cielo, porque se necesitarían tres detectores para triangular por completo. Aparentemente, se recopiló información adicional de la fase de las olas y quizás de las 2 patas de los detectores para proporcionar información adicional para estrechar el cielo del sur.

Redshift también influiría en el análisis, ya que esto alargaría la señal para mostrar frecuencias más bajas. No leí lo suficiente como para determinar cómo se incluyó esto en las soluciones, seguramente se tuvo en cuenta. Nuestro sistema GPS debe tener en cuenta la forma en que la gravedad y el movimiento cambian los tiempos de los relojes GPS.

Por favor comente sobre información errónea y lo corregiré.

La mezcla de frecuencias de la señal les permite determinar las masas de los dos agujeros negros que se fusionaron. Dadas esas dos masas, pueden usar la relatividad general para determinar la magnitud (“luminosidad”) de las ondas. Al comparar eso con la magnitud de la señal que recibieron, pueden determinar qué tan lejos estaba. (Usan matemáticas similares para estimar la distancia a una estrella comparando qué tan brillante parece con qué tan brillante es realmente ese tipo de estrella; por eso hablan de “luminosidad” a pesar de que no están hablando de luz).

Como las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, saben cuánto tiempo hace que ocurrió el evento. Y como tenían dos detectores, y había un pequeño intervalo de tiempo entre la detección en uno y la detección en el otro, pueden tener una idea aproximada de la dirección de la que debe provenir la señal.

Entran en más detalles en su artículo:

Observación de ondas gravitacionales de una fusión binaria de agujeros negros

No sabían”. La teoría sugiere que muchos sistemas estelares binarios, incluidos los sistemas de agujeros negros y los sistemas estelares de neutrones pueden colapsar regularmente. Muchos son apenas estables. Es posible que LIGO continúe detectando tales colisiones durante muchos años. De hecho, todos los sistemas binarios que conocemos ya pueden haber colapsado. Pero no los detectaremos durante miles de millones de años. Son sistemas estelares muy ANTIGUOS, en comparación con nuestro Sol. En este anuncio, aprendimos la validación de leyes fundamentales que todavía se llaman “teorías”, porque la verificación en firme cubre una amplia gama de predicciones. Puede haber Leyes adicionales que siguen. Puede pensar de esta manera: el equipo de LIGO tuvo suerte, o estas colisiones ocurren en todo el Universo constantemente.

A partir de los experimentos y el análisis espectral, la distancia de luminosidad de la fusión del agujero negro se calculó en 410 Mparsecs. Ahora, a partir de las ecuaciones de Einstien de la teoría general de la relatividad, sabemos que la velocidad de las ondas de gravitación es ‘c’. Por lo tanto, calcular el tiempo que tomaron las ondas para llegar a la Tierra da 1.300 millones de años como respuesta.

Se pueden encontrar detalles precisos sobre la medición de distancia y luminosidad en [1602.03840] Propiedades de la fusión binaria de agujeros negros GW150914

Asistí a la transmisión en vivo del anuncio el 11 de febrero de 2016 y en esa transmisión, Gabriela González dio una breve idea sobre la fuente y la duración de las ondas gravitacionales.

La imagen de arriba representa los datos recopilados del detector LIGO presente en Hanford y Livingston. Sobre la base de la frecuencia y la amplitud de las formas de onda presentes en la imagen de arriba, pudieron deducir que estas ondas gravitacionales fueron producidas por la fusión de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz de distancia. LIGO publicará documentos sobre estos hallazgos con detalles técnicos incluidos y los publicará públicamente.

La velocidad a la que se propagan las ondas de luz o gravitacionales o cualquier otra cosa sin masa es exactamente la misma. Es la velocidad de la causalidad.

Por lo tanto, es bastante fácil determinar el momento en que ocurre un evento una vez que conocemos la distancia. Sabemos la velocidad de la luz, por lo que después de eso se trata de cálculos matemáticos simples y sabemos la hora en que ocurrió el evento. Si vemos una ocurrencia a una distancia de un año luz, entonces eso debe haber sucedido hace un año, porque esa es la cantidad de tiempo que le tomó a la luz alcanzarnos.

De manera similar, por la fuerza de las ondas gravitacionales, se podría calcular la distancia del evento. Y una vez que supimos la distancia, solo necesitábamos ver cuánto tiempo les había llevado a las ondas gravitacionales alcanzarnos. El evento, por lo tanto, debe haber ocurrido hace muchos años.

Para empezar, los años luz son la unidad de distancia, no el tiempo.

Según su artículo, la fuente de onda gravitacional se encuentra en alrededor de 410 Mpc (Megaparsecs ~ 1 millón de parsecs), lo que equivale a aproximadamente 1336.0 (3.26 * 410 * 1 millón) millones de años luz. Esta distancia en realidad se llama distancia de luminosidad.

Se necesitan ondas gravitacionales, que viajan a la velocidad de la luz, 1.300 millones de años para llegar a la Tierra, por lo que el evento que registraron fue de 1.300 millones de años.

Nota: Hay varias formas de calcular distancias astronómicas, puedes echar un vistazo a este artículo

Si detecta una onda en dos lugares y conoce su velocidad de propagación, puede determinar la dirección desde la cual vino la onda, pero no la distancia a la cosa que causó la onda. LIGO afirma que pueden determinar el tamaño de los objetos que crearon la onda que detectaron en función de la frecuencia de la onda. Las frecuencias más grandes corresponden a objetos más grandes. A partir de ahí, debe adivinar qué tan lejos están típicamente esos objetos. Utilizan las estimaciones de qué tan grandes piensan que eran los objetos y qué tan lejos están típicamente esos objetos para hacer una estimación de qué tan grande debe ser la ola cuando nos llega. Ignorando la circularidad de la lógica, una medición absoluta de la amplitud de la onda debería informarle más sobre cuán lejos estaba y, dado que suponen que la señal viajó a la velocidad de la luz, concluyen cuando ocurrió el evento.

Hay muchos supuestos en esta cadena de lógica y aunque tiene sentido a primera vista, una medición absoluta de la amplitud de la onda no es realmente posible con su aparato. Cada cambio rojo, amplificación o filtrado de la señal está asociado con un factor que agrega un error a la determinación de la amplitud absoluta de la señal, y al ajustar estas estimaciones de error difíciles de determinar, puede obtener casi cualquier resultado que obtenga. desear.

Además, LIGO no tenía un telescopio apuntando al evento que afirmó que sucedió cuando sucedió, por lo que no puede decir con certeza que lo que afirmaron que sucedió realmente sucedió. Podría haber sido un evento geológico o una bomba nuclear que estalló en alguna parte. Este grupo presenta un caso cuantitativo convincente al volver a analizar los datos disponibles públicamente. http://file.scirp.org/pdf/JMP_20 … Determinaron que la medición de la onda gravitacional fue realmente causada por un ligero cambio de frecuencia en la red eléctrica de los Estados Unidos.

También hay algunos problemas con la circularidad en la aplicación / confirmación de la teoría:

“Al principio, según los datos registrados en el interferómetro láser y PY Ulianov et al. De Einstein. La teoría gravitacional de 1850 (una razón), dedujeron que hubo un evento de fusión de agujeros negros binarios, que sucedió en una galaxia distante hace 1.300 millones de años (un resultado). Luego, en base a la llamada consistencia entre el evento y los datos observados (una razón), la teoría gravitacional de Einstein se verifica (un resultado). Obviamente, el argumento de LIGO es un círculo vicioso y lógicamente inválido “. http://file.scirp.org/pdf/JMP_20

Descubrimiento de ondas gravitacionales: ¿es reproducible el experimento LIGO o es solo un momento de suerte que captó una señal?

¿Por qué funciona LIGO? ¿No deberían coincidir la fase y la frecuencia de los láseres con la expansión / contracción del marco de referencia (espacio)?

Después de hacer grandes cálculos, los científicos pueden dar estos datos.
Las ondas gravitacionales pierden su energía como ondas em, cuando interactúan con otra materia en su camino, después de recorrer mucha distancia, su amplitud disminuye mucho, es por eso que podemos detectar las enormes ondas de alta energía desde esa distancia, solo los agujeros negros pueden hacer una enorme gravedad. olas. ¡Los dos agujeros negros que formaron estas ondas (que fueron detectados por LIGO) tenían una energía de 3 masas solares cuando se irradiaron! ¡Y son detectados por fluctuaciones muy muy pequeñas en la escala del interferómetro láser en la tierra!
Cálculos precisos Cuéntenos acerca de esto, puede seguir buscándolo en Google para obtener datos numéricos obtenidos por LIGO.

Según la relatividad numérica, la masa de cada progenitor de agujero negro se puede determinar por la forma de onda. Los agujeros negros más grandes generan ondas gravitacionales de menor frecuencia. Y la magnitud de la radiación puede determinarse por cálculo. Entonces, si podemos determinar la amplitud de la onda recibida, podemos estimar la distancia.

Del mismo modo, la dirección puede determinarse por la diferencia de tiempo de los dos detectores. Suponiendo que la onda gravitacional viaja a la velocidad de la luz, podemos determinar los acimutes.

Como no soy un experto en este campo, estas son solo mi suposición.

El momento adecuado de cualquier evento se puede determinar con precisión al observar la cantidad de dilatación del tiempo gravitacional que experimenta la onda gravitacional en su propagación a través del espacio-tiempo. Todos los fenómenos físicos en circunstancias similares experimentan dilatación del tiempo igualmente de acuerdo con el principio de equivalencia de la teoría general de la relatividad de Einstein. Dado que la distancia a la mayoría de los objetos astronómicos se puede determinar con cierta precisión, al calcular la dilatación del tiempo del mismo evento y el conocimiento de la longitud adecuada medida por el observador, el tiempo de ocurrencia de tales eventos se puede estimar en esta medida.

No estoy seguro de si hay suficientes datos para vincularlo a 1.300 millones de años. El sábado pasado (13 de febrero de 2016), Fred Raab, en la Casa Abierta LIGO Hanford, dijo que fue entre .7 mil millones y 1.7 mil millones de años. La mayoría de los medios de comunicación, y por supuesto Twitter, simplemente usaron un número cercano al promedio.

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