SlideShare a Scribd company logo
GRAVITAČNÍ VLNY
a jiné příze
Hydepark Civilizace
Kip Thorne 7. 9. 2019
Rainer Weiss 22. 2. 2020
Barry Barish 10. 7. 2021
Kip Thorne v Praze 2019
Zdroj: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/
laureates/2017/
3 / 132
Obsah
1 Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme ...
2 Zdroje gravitačních vln
3 Vlastnosti gravitačních vln
4 První detektory gravitačních vln
5 Binární pulsary
6 Laserové interferometry
7 GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
8 (Pokus o) výhled do budoucnosti
9 Einstein@Home
10 Další prameny
4 / 132
Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme …
vlnění hlavním zdrojem informací nejen
o vesmíru
až do roku v astronomii 1932 pouze
„optické okno“
5 / 132
Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme …
6 / 132
Elektromagnetické vlny
Maxwell J C 1865 A Dynamical Theory of the
Electromagnetic Field Phil. Trans. R. Soc. Lond. 155
459–512
Maxwell J C 1873 A treatise on electricity and
magnetism (Oxford: Clarendon Press)
James Clerk
Maxwell
(1831–1879)
7 / 132
Elektromagnetické vlny
Heřman J 2006 Od Jantaru k tranzistoru. Elektřina
a magnetismus v průběhu staletí (Praha: FCC Public)
Maxwell J C 1865 A Dynamical Theory of the
Electromagnetic Field Phil. Trans. R. Soc. Lond. 155
459–512
Maxwell J C 1873 A treatise on electricity and
magnetism (Oxford: Clarendon Press)
James Clerk
Maxwell
(1831–1879)
8 / 132
Elektromagnetické vlny
Hertzova laboratoř v Karlsruhe
Zdroj: Baird D. et al 2013 Heinrich Hertz: Classical
Physicist, Modern Philosopher Springer Science &
Business Media
Hertz H 1887 Ueber sehr schnelle electrische
Schwingungen Ann. Phys. 267 421–448
Heinrich Rudolf Hertz
(1857–1894)
asi 25 let
od teorie
k experimentálnímu
důkazu
9 / 132
OTR: listopad 2015
Génius – Einstein: https://www.ceskatelevize.cz/porady/
12128306513-genius-einstein/
10 / 132
Cementerio de Trenes, poblíž města Uyuni (JZ Bolivie)
„Hmota říká prostoru, jak se zakřivovat a prostor říká hmotě, jak
se pohybovat.“ John Archibald Wheeler (1911--2008)
Obrázek: Misner C W, Thorne K S a Zurek W H 2009 John Wheeler,
relativity, and quantum information Physics Today 62 40–46
Thorne K S 2004 Černé díry
a zborcený čas (Pozoruhodná
dědictví Einsteinova génia)
(Praha: Mladá fronta)
Obrázek: https://caltechy.org
Ferreira P G 2015 Nádherná teorie (Praha: Vyšehrad).
http://www.ivysehrad.cz/kniha/bezchybna-teorie/
Obrázek: http://eltrompellot.blogspot.cz/2015/01/
un-nou-llibre-sobre-la-teoria-de-la.html
Zdroj: https://www.mpg.de/9966773/background
Předpověď gravitačních vln
Einstein si uvědomil možnost
existence grav. vln (1916, 1918):
jestliže se zdroj deformací
prostoročasu periodicky
pohybuje (dvojhvězdný systém),
prostoročas by měl vibrovat
Poincaré H 1905 Sur la dynamique
de l’électron Comptes Rendus de
l’Académie des Sciences 140
1504–1508 (1906 Rendiconti del
Circolo Matematico di Palermo 21
129–176)
Einstein A 1916 Die Grundlage der
allgemeinen Relativitätstheorie Ann.
Phys. 354 769–822
Einstein A 1918 Über
Gravitationswellen Sitzungsberichte
der Königlich Preußischen Akademie
der Wissenschaften (Berlin), Seite
154-167.
16 / 132
Předpověď gravitačních vln
http://www.academie-sciences.fr/
pdf/dossiers/Poincare/Poincare_
pdf/Poincare_CR1905.pdf
http://henripoincarepapers.
univ-lorraine.fr/chp/hp-pdf/
hp1906rpen.pdf (překlad Scott Walter)
Henri Poincaré
(1854–1912)
17 / 132
18 / 132
19 / 132
Einstein 1916:
existence gravitačních vln
šíření rychlostí světla
příčné vlny
Einstein 1936 v dopise Maxu Bornovi:
„…dospěl k k výsledku, že gravitační vlny neexistují, ačkoli byly považovány
za jisté v první aproximaci, že nelinerátní rovnice pole nám mohou říci více,
nebo nás spíše omezují více, než jsme si dosud mysleli“. …„jen kdyby nebylo
tak zatraceně obtížné najít rigorózní řešení“.
Einstein A a Rosen N 1937 On gravitational waves Journal of the
Franklin Institute 223 43–54
Kennefick D 2005 Einstein versus the Physical Review Phys. Today 58
43–48
20 / 132
Zdroje gravitačních vln
binární systémy, supernovy,
srážky černých děr, velký třesk
vlny nesou informaci o těchto
dějích (např. velkoškálová
struktura Vesmíru)
21 / 132
Vlastnosti gravitačních vln
šíří se rychlostí světla, příčné vlny
(jako elmag.!)
vlastně periodická deformace
slapových účinků – relativní
zrychlení částic kolmo na směr šíření
velmi slabé; relativní změna
vzdálenosti dvou testovacích částic
h =
∆L
L
< 10−21
!!!
jako 1 AU s přesností 1 atomu
horní odhad
h ≦
2GM
c2r
≈ 3 × 10−19 M
M⊙
1×106 ly
r
22 / 132
Vlastnosti gravitačních vln
animace příchod za Zemi měřítko změny
23 / 132
Detektory gravitačních vln
počátkem 60. let 20. století Joseph Weber
(1919 – 2000); gravimetr pro Apollo 17
velké hliníkové válce (Maryland, Chicago,
1,5 t), rezonancí se rozkmitají (≈ 1 660 Hz),
h ≈ 10−16
později i kvantové senzory, chlazení (italské
superkryohenní projekty NAUTILUS
a AURIGA při T = 0,01 K http:
//www.auriga.lnl.infn.it)
nevýhoda: „naladění“ (asi 900 Hz)
24 / 132
Rezonanční detektory
Aguiar O D 2011. The Past, Present and Future of the
Resonant-Mass Gravitational Wave Detectors Research in
Astronomy and Astrophysics 11(1) 1–42, DOI:
10.1088/1674-4527/11/1/001, arXiv:1009.1138 [astro-ph.IM]
25 / 132
Rezonanční detektory
Aguiar O D 2011. The Past, Present and Future of the
Resonant-Mass Gravitational Wave Detectors Research in
Astronomy and Astrophysics 11(1) 1–42, DOI:
10.1088/1674-4527/11/1/001, arXiv:1009.1138 [astro-ph.IM]
26 / 132
Binární pulsary
27 / 132
28 / 132
Zdroj: Radio Astronomy Heritage and Education Centre
http://www.phy.cam.ac.uk/research/research-groups/ap/heritage
29 / 132
Radioteleskop Arecibo, Portoriko († 1. 12. 2020)
30 / 132
Těžký tekutý vnitřek
převážně neutrony
a jiné těžší částice
Pevný povrch
~ 1,5 km
Neutronová hvězda
~1,5 hmotností Slunce
~19 km v průměru
Hustota
kolem 1017
kg/m3
Silné magnetické pole
104
–1011
T
31 / 132
Binární pulsary
Antony Hewish a Jocelyn Bell (1967): první
pulsar, NC 1974 s Martinem Ryleem
perioda rotace 0,0016 − 4 s
Joseph Taylor a Russell Hulse (1974):
binární pulsar PSR1913+16: hmotnosti
1,441 M⊙ a 1,387 M⊙, T = 7,75193909 h,
zkracuje se o 76 µs·rok−1, přibližování
o 3,5 m·rok−1 (Země 1 mm/Gy), vzdálenost
0,746 − 3,154 · 106 km (1,1R⊙–4,8R⊙),
NC 1993
Hewish A et al B 1968 Observation of
a Rapidly Pulsating Radio Source Nature
217 709–713
Hulse R A a Taylor J H 1975 Discovery of
a pulsar in a binary system The
Astrophysical Journal Letters 195 L51–L53
32 / 132
Binární pulsary
33 / 132
Binární pulsary
Zdroj: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/pulsrel.html
34 / 132
Binární pulsary
Millise
ond Pulsars 3
cylinder
rotation axis
light
fieldlines
closed
fieldlines
open
magnetic axis
radio beam
0 50 100 150 200 250 300 350
Longitude [deg]
PSR B1133+16
Average profile
Fig. 1. (left) A pulsar is a rotating, highly magnetised neutron star. A radio beam
35 / 132
Binární pulsar J0737-3039
objev v roce 2003, T = 2,4 h, ω̇ = 16,88 ± 0,09 °/year,
splynutí asi za 85 miliónů let
Burgay[ová] M[arta] et al 2003 An increased estimate of the merger
rate of double neutron stars from observations of a highly relativistic
system Nature 426 531–533
18 Mi
hael Kramer
36 / 132
změna energie, momentu hybnosti a hlavní poloosy binárního
systému v důsledku vyzařování gravitačních vln (průměry
za jednu periodu)
Peters P C 1964 Gravitational Radiation and the Motion of Two
Point Masses Phys. Rev. 136 B1224–1232
37 / 132
38 / 132
Laserové interferometry
Kip Thorne, Ronald
Drever († 2017)
a Robbie Vogt, první
ředitel projektu LIGO
(1990)
Zdroj: CALTECH
Archives, BBC
Weiss R 1972 Electromagnetically Coupled Broadband Gravitational
Antenna Quarterly Progress Report, Research Laboratory of Electronics,
MIT
39 / 132
Laserové interferometry
Podolský J Pátrání po gravitačních vlnách
http://utf.mff.cuni.cz/~podolsky/gravlny2/gravitvln.htm
40 / 132
Laserové interferometry
Novotný J 2016 Gravitační vlny: historie, současnost, perspektivy Čs. čas. fyz.
66 144–148
41 / 132
Laserové interferometry
1
2
SPACETIME
GRAVITATIONAL WAVE BLACK HOLE
3
4
5
6
The light
waves bounce
and return.
MIRROR
LIGO – A GIGANTIC INTERFEROMETER
MIRROR
A “beam splitter” splits the
light and sends out two
identical beams along the
4 km long arms.
Laser light is sent into
the instrument to
measure changes in
the length of the two
arms.
LIGHT DETECTOR
LIGHT DETECTOR
LASER
A gravitational wave affects the
interferometer’s arms differently;
when one extends the other contracts
as they are passed by the peaks and
troughs of the gravitational waves.
LIGHT WAVES HIT
THE LIGHT DETECTOR
Normally, the light returns unchang-
ed to the beam splitter from both
arms and the light waves cancel
each other out.
If the arms are disturbed by a
gravitational wave, the light waves
will have travelled different distan-
ces. Light then escapes through the
splitter and hits the detector.
BEAM SPLITTER
BEAM SPLITTER
LIGHT WAVES
CANCEL EACH
OTHER OUT
4 km
42 / 132
Laserové interferometry
příprava od 80. let 20. století,
širokospektrální
Rainer Weiss a Robert Forward
periodický posun interferenčních proužků
úměrný h animace
90. léta Kip Thorn a Ronald Drever
(Caltech a MIT) – MARK 2, ramena 40 m,
citlivost 10−18
vyšší přesnost:
stabilní pevnofázový Nd:YAG laser, 10 W,
λ = 1 064 nm
křemenná zrcadla (rozměry asi 25 cm,
hmotnost 11 kg, odrazivost 99,999 998
vysoký stupeň vakua, závěsy, odrušení
vibrací
prodloužení ramen: TAMA 300, GEO 600
LIGO (4 km), VIRGO (3 km)
43 / 132
Laserové interferometry
vyšší přesnost:
stabilní pevnofázový Nd:YAG laser, 10 W,
λ = 1 064 nm
křemenná zrcadla (rozměry asi 25 cm,
hmotnost 11 kg, odrazivost 99,999 998
vysoký stupeň vakua, závěsy, odrušení
vibrací
prodloužení ramen: TAMA 300, GEO 600
LIGO (4 km), VIRGO (3 km)
LIGO (http://www.ligo.caltech.edu)
dva 3 000 km vzdálené detektory: Hanford
(Washington), Livingstone (Louisiana),
největší citlivost okolo 100 Hz, pět cyklů
měření, dosaženo h = 10−21
VIRGO (http://www.ego-gw.it)
Cascina nedaleko Pisy, největší citlivost
okolo 10 Hz; (lze najít na Google maps)
44 / 132
3
,
0
0
0
km
LIVINGSTON
U S A
HANFORD
The Hanford facility is on the steppes
of the northwest USA, outside Hanford.
The Livingston facility is in Livingston in
the southern swampland of Louisiana.
FIG 4. LIGO consists of two gigantic identical interferometers. The
gravitational wave first hit the interferometer in Livingston and then
passed its twin in Hanford, just over 3,000 km away, 7 milliseconds
later. The signals were almost identical, and were a good match
with the predicted signal for a gravitational wave. Using the signals,
an area in the southern skies could also be identified as the area
the waves came from.
Courtesy Caltech MIT/Ligo Laboratory
Courtesy Caltech MIT/Ligo Laboratory
Illustration: ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
45 / 132
Laserové interferometry
46 / 132
Laserové interferometry
47 / 132
Laserové interferometry
48 / 132
Advanced Virgo
http://www.virgo-gw.eu
Santo Stefano, Toskánsko
v provozu od roku 2007, neustále se
vylepšuje
ramena 3 km, efektivní délka 100 km
49 / 132
Laserové interferometry
2008: „Enhanced LIGO“, citlivost
dvojnásobná, 2× delší dosah (potenciálních
zdrojů 8× více)
„Advanced LIGO“ a „Advanced Virgo“,
výkon laserů 20 W, těžší a větší zrcadla
(40 kg) na křemenných vláknech s několika
násobnou aktivní seismickou izolací
tlak v trubicích < 1 µPa
h < 10−23 pro 80--500 Hz
plánovaná citlivost 2021
rozsáhlá mezinárodní spolupráce
50 / 132
Laserové interferometry
51 / 132
Laserové interferometry
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et al
2016 GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First
Discoveries Phys. Rev. Lett. 116 131103
52 / 132
Laserové interferometry
v oblasti nižších frekvencí seismický šum (pohyb kontinentů, vzdušných hmot,
slapové síly), tepelný šum (atomy a molekuly detektoru); v oblasti vyšších
frekvencí fotonový šum; elektrická síť 60 Hz, závěsy kyvadel 500 Hz, kalibrační
signály (33 Hz–38 Hz, 1 080 Hz)
53 / 132
Laserové interferometry
54 / 132
Laserové interferometry
55 / 132
Laserové interferometry
56 / 132
LIGO Science Collaboration
http://www.zeemaps.com/pub?group=
1820545
57 / 132
MinutePhysics
https://www.youtube.com/watch?v=YHS9g72npqA
http://www.ligo.org/multimedia.php
58 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
David Reitze (Executive Director of LIGO): „Ladies and gentlemen,
we have detected gravitational waves. We did it!“
Tisková konference 11. 2. 2016, Washington, D.C.
https://youtu.be/aEPIwEJmZyE
60 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
Abbott B P, et al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo
Collaboration) 2016 Observation of Gravitational Waves from
a Binary Black Hole Merger Phys. Rev. Lett. 116 61102
https://papers.ligo.org (1 010 fyziků, 133 institucí)
61 / 132
Doba života hvězd
Ejnar Hertzsprung
Henry Norris
Russell okolo roku
1910
doba života hvězdy
hlavní posloupnosti
T ≈
(
M⊙
M
)2.5
T⊙
62 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
animace pozadí animace splynutí
64 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
Výběr z databáze 250 000 vzorků numericky „čirpových profilů“ vypočítaných pro
různé hmotnosti, rotační rychlosti a další parametry, a = 0,67, z = 0,1
65 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
www.ligo.caltech.edu/page/detection-companion-papers
https://losc.ligo.org/events/GW150914/
66 / 132
GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
67 / 132
Advanced praktikum: zkuste si analýzu dat
https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_tutorial.html
„whitening“: fluktuace šumu větší na nižších frekvencích a blízko
„spektrálních čar“ =⇒ vyrovnání
„chirp signal“ trval 0,2 s, 8 cyklů, frekvence 35 Hz→250 Hz
animace
http://www.soundsofspacetime.org
68 / 132
Advanced praktikum: zkuste si analýzu dat
https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_tutorial.html
„whitening“: fluktuace šumu větší na nižších frekvencích a blízko
„spektrálních čar“ =⇒ vyrovnání
„chirp signal“ trval 0,2 s, 8 cyklů, frekvence 35 Hz→250 Hz
animace
http://www.soundsofspacetime.org
69 / 132
Další zajímavosti
zářivý výkon při splynutí 3,6×1049 W 10× > zářivý výkon všech
hvězd viditelného vesmíru
hmotnost gravitonu by způsobila disperzi vln (s nižší f pomaleji):
nebylo pozorováno
mg < 2,1×10−58 kg = 1,2×10−22 eV/c2
70 / 132
Fermi Gamma-ray Space Telescope event?
gamma-ray burst > 50 keV o 0,4 s po události LIGO event
pravděpodobnost šumu nebo náhody 0,22 % (???)
diskuse, zda při splynutí γ záblesky vznikají nebo ne
Ackermann M, et al 2016 Fermi-LAT Observations of the LIGO Event
GW150914 Astrophysics Journal 823 L2 (Preprint arXiv:1602.03920
[astro-ph.HE])
71 / 132
Další detekce...
Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814
75 / 132
Zdroj: LSC – LIGO Scientific Collaboration http://www.ligo.org
76 / 132
Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et
al. 2017 GW170814: A Three-Detector Observation of Gravitational
Waves from a Binary Black Hole Coalescence Phys. Rev. Lett. 119
141101.
77 / 132
Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814
78 / 132
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et
al. 2017 GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary
Neutron Star Inspiral Phys. Rev. Lett. 119 161101.
84 / 132
NGC 4993, 130×106 ly, souhvězdí Hydry
asi 70 observatoří v hodinách, dnech a týdnech
přesnější určení polohy
stopy prvků jako Au
nejbližší zdroj gravitačních vln
jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ
animace
nejbližší zdroj gravitačních vln
jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ
animace
nejbližší zdroj gravitačních vln
jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ
animace
Vítejte v éře multimessenger astronomy!
Nejhmotnější známá černá díra!!!
Chirp: http://chirp.sr.bham.ac.uk/alerts
The Gravitational-Wave Candidate Event Database
(GraceDB): https://gracedb.ligo.org
O3a Catalog
The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, Abbott R, et al.
2021 Population Properties of Compact Objects from the Second LIGO-Virgo
Gravitational-Wave Transient Catalog The Astrophysical Journal Letters 913
L7, DOI: 10.3847/2041-8213/abe949, arXiv:2010.14533 [astro-ph.HE]
106 / 132
KAGRA
107 / 132
KAGRA
108 / 132
KAGRA
109 / 132
KAGRA
https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/
110 / 132
Podzemní detektory třetí generace
http://www.et-gw.eu
(Pokus o) výhled do budoucnosti
Spektrum gravitačních vln
eLISA – další krok?
rozměry na Zemi nelze neomezeně
zvětšovat (cena vakuového systému,
zakřivení), seismické procesy
neumožňují měřit pod 1 Hz
ESA: eLISA (Evolved Laser
Interferometer Space Antenna):
90-tá léta: první plány
2011: NASA odstupuje =⇒ New
Gravitational-wave Observatory
(NGO); zamítnuto finacování
2013: Cosmic Vision science
(program ESA), start 2034???
www.elisascience.org
116 / 132
eLISA – další krok?
rovnostranný △ o straně
1 000 000 km, sleduje dráhu Země
geodetická „bezsilová trajektorie“ (×
tlak záření, magnetické pole, …) =⇒
referenční krychle (46 mm) z Pt
a Au, 1,96 kg, jemné trysky s tahem
µN; stěny krychle zároveň zrcadlem
výhody:
h < 10−21
bez seismického rušení
jiný frekvenční rozsah
≈1 mHz – 100 mHz: kompaktní
binární systémy
h ≈
(
GM
Rc2
)2
R
D
nevýhody: cena miliardy dolarů (?)
www.elisascience.org
117 / 132
eLISA – další krok?
118 / 132
eLISA – další krok?
119 / 132
eLISA – další krok?
objekty v blízkosti jádra Galaxie (spirálují do ČD), raný vesmír (extra
dimenze, kosmické struny?), zpřesnění H0, hmotnost gravitonu (?)
120 / 132
LISA Pathfinder
testovací sonda, start: 3. 12. 2015
16. 2. 2016 uvolněny testovací
hmotnosti (38 cm ode sebe)
1. 3. 2016 začátek měření, 7. 6. 2016
první výsledky
30. 7. 2017 konec úspěšné mise
122 / 132
7. 6. 2016: výsledky předčily očekávání
na frekvencích 1–60 mHz limit odrazu molekul řídkého plynu
LISA Pathfinder
Armano M, et al 2016 Sub-Femto-g Free
Fall for Space-Based Gravitational Wave
Observatories: LISA Pathfinder Results
Phys. Rev. Lett. 116 231101
LISA Pathfinder Collaboration, Armano M,
et al 2017 Charge-Induced Force Noise on
Free-Falling Test Masses: Results from LISA
Pathfinder Phys. Rev. Lett. 118 171101
124 / 132
Einstein@Home: zapojte svůj počítač
http://einstein.phys.uwm.edu
Center for Gravitation and Cosmology
(University of Wisconsin-Milwaukee), Max
Planck Institute for Gravitational Physics
(Hannover)
asi 430 000 dobrovolníků, 228 zemí, Czech
National Team 7. (3746 členů)
„podezřelý vzorek“ =⇒ dodatečné
pozorování objektu
uživatelé, kteří analyzovali údaje, v nichž byl
nalezen kandidát na pulzar – poděkování ve
vědeckém článku
srpen 2010: Chris and Helen Colvin (Ames,
Iowa) a Daniel Gebhardt (Universität
Mainz), vzorek signálů z Arecibo
Observatory
Brazier A, et al 2010 Pulsar Discovery
by Global Volunteer Computing Science
329 1305 (Preprint arXiv:1008.2172
[astro-ph.GA])
pulsar PSR J2007+2722
(rotace 41 Hz), součást
Mléčné dráhy asi 17 000 ly
(Lištička), není dvojhvězda
125 / 132
Einstein@Home: zapojte svůj počítač
4th Einstein@Home survey for gamma-ray
pulsars (FGRP4, data z Fermi Gamma-ray
Space Telescope, 2014-2015)
13 γ-pulsarů, určeny parametry pulsarů
PeRu (Czech Republic), J1350-6225,
19. 6. 2015
Bryden Kanngiesser (Canada)
dobrovolníci celkem 18 pulsarů
126 / 132
Gravity Spy
www.zooniverse.org/projects/zooniverse/gravity-spy/
Další prameny: články v češtině a slovenštině
Galis R 2016 Gravitačné vlny – po sto rokoch potvrdené Kozmos 48(3) 10–16
Ledvinka T a Bičák J 2016 Pozorování gravitačních vln ze srážky černých děr
Čs. čas. fyz. 66 70–73
Lucianetti A, et al 2016 Faradayovy izolátory pro detektory gravitačních vln
LIGO a pro vysokovýkonné lasery Čs. čas. fyz. 66 74–77
Novotný J 2016 Gravitační vlny: historie, současnost, perspektivy Čs. čas. fyz.
66 144–148
Podolský J 2005 Teorie gravitačního záření Čs. čas. fyz. 55 86–93
http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/cscasfyz2005.pdf
Podolský J 2010 Gravitační vlny a jejich detektory Astropis Speciál 34–37
http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/Astropis_2010.pdf
Podolský J 2016 První přímá detekce gravitačních vln sto let po jejich
předpovědi Albertem Einsteinem Astropis(1) 14–16
http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/Astropis_2016.pdf
Podolský J 2016 Gravitační vlny poprvé zachyceny: GW150914 ze srážky
černých děr PMFA 61 89–105.
Podolský J 2016 Einsteinovy gravitační vlny poprvé zachyceny XVIII. seminář
o filosofických otázkách matematiky a fyziky, Velké Meziříčí, 22.–25. 8. 2016
na Gymnáziu Velké Meziříčí
http://www.gvm.cz/images/stories/o-studiu/seminare/18-seminar/
prednasky/Podolsky_Detekce_gravitacnich_vln.pdf
Stuchlík Z 2016 Registrace gravitační vlny Vesmír 95 288–289 128 / 132
Videa online
Jiří Podolský – Gravitační vlny po 100 letech potvrzeny! (ÚMKP
26. 2. 2016): https://youtu.be/mhUS9arge94
Jiří Podolský – Kosmické poselství gravitačních vln (MFF
UK 29. 10. 2020): https://youtu.be/DWO7vmVwzmE
Bičák, Heyrovský, Langer, Ledvinka, Podolský – Přímá detekce
gravitačních vln (MFF FDP 25. 2.,2016):
https://youtu.be/FhggaMyEIlI
Petr Kulhánek – Mají gravitační vlny naději? (Štefánikova hvězdárna,
Aldebaran 21. 2. 2016): https://youtu.be/y0qLPOLUeM8
129 / 132
Reiner Weiss (*1932): „Toto
pozorování je krásně popsáno
Einsteinovou obecnou teorií relativity
formulovanou před 100 lety
a představuje první test teorie
v oblasti silné gravitace. Bylo by
úžasné sledovat Einsteinovu tvář,
kdybychom mu o tom mohli říci.“
Kip Thorne (*1940): „S tímto
objevem my lidé stojíme na prahu
jedinečného nového pátrání:
zkoumání zakřivené strany vesmíru –
objektů a jevů, které jsou vytvořeny
zakřiveným prostoročasem. Srážející
se černé díry a gravitační vlny jsou
naše první krásné příklady.“
„Správná odpověď je málokdy tak
důležitá jako správná otázka.“
NC rozhovor
Rainer Weiss, Kip Thorne,
David Reitze
Zdroj: http://www.ottawacitizen.com/
technology/Rainer+Weiss+Thorne+
David+Reitze/11712943/story.html
Martin Smith: Concentric Wave. 2005-2006, The Harley Gallery,
Welbeck, UK. Zdroj: https:
//www.youtube.com/watch?time_continue=4&v=HUsgVBUDiD0
131 / 132
Lukáš Richterek
lukas.richterek@upol.cz
Katedra experimentální fyziky PřF UP
17. listopadu 1192/12, CZ-771 46 Olomouc
http://muj.optol.cz/~richterek/
http://www.slideshare.net/lrichterek
132 / 132

More Related Content

What's hot

Vlastnosti a vývoj vesmíru
Vlastnosti a vývoj vesmíruVlastnosti a vývoj vesmíru
Vlastnosti a vývoj vesmíru
Lukáš Richterek
 
Hubble - Blade Runner
Hubble - Blade RunnerHubble - Blade Runner
Hubble - Blade Runner
Rossanella Burda
 
Moje oblíbená fyzika
Moje oblíbená fyzikaMoje oblíbená fyzika
Moje oblíbená fyzika
Lukáš Richterek
 
Nobelova cena za fyziku 2017
Nobelova cena za fyziku 2017Nobelova cena za fyziku 2017
Nobelova cena za fyziku 2017
Lukáš Richterek
 
Vznik speciální teorie relativity
Vznik speciální teorie relativityVznik speciální teorie relativity
Vznik speciální teorie relativityguestdd6fb52e
 
Marek Biely: Komety
Marek Biely: KometyMarek Biely: Komety
Marek Biely: Komety
ExoSpace
 
Slunce a sluneční činnost
Slunce a sluneční činnostSlunce a sluneční činnost
Slunce a sluneční činnostSoňa Krömrová
 
Život pod černým Sluncem(?)
Život pod černým Sluncem(?)Život pod černým Sluncem(?)
Život pod černým Sluncem(?)
Lukáš Richterek
 
Cesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
Cesta do Mikrosvěta - GymnaziumtrebicCesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
Cesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
Ondřej Kasal
 
Pohledy z vesmíru
Pohledy z vesmíruPohledy z vesmíru
Pohledy z vesmíru
Jakub Kotzot
 
Závěrečný úkol modulu č.13
Závěrečný úkol modulu č.13Závěrečný úkol modulu č.13
Závěrečný úkol modulu č.13Eva Hradilová
 

What's hot (11)

Vlastnosti a vývoj vesmíru
Vlastnosti a vývoj vesmíruVlastnosti a vývoj vesmíru
Vlastnosti a vývoj vesmíru
 
Hubble - Blade Runner
Hubble - Blade RunnerHubble - Blade Runner
Hubble - Blade Runner
 
Moje oblíbená fyzika
Moje oblíbená fyzikaMoje oblíbená fyzika
Moje oblíbená fyzika
 
Nobelova cena za fyziku 2017
Nobelova cena za fyziku 2017Nobelova cena za fyziku 2017
Nobelova cena za fyziku 2017
 
Vznik speciální teorie relativity
Vznik speciální teorie relativityVznik speciální teorie relativity
Vznik speciální teorie relativity
 
Marek Biely: Komety
Marek Biely: KometyMarek Biely: Komety
Marek Biely: Komety
 
Slunce a sluneční činnost
Slunce a sluneční činnostSlunce a sluneční činnost
Slunce a sluneční činnost
 
Život pod černým Sluncem(?)
Život pod černým Sluncem(?)Život pod černým Sluncem(?)
Život pod černým Sluncem(?)
 
Cesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
Cesta do Mikrosvěta - GymnaziumtrebicCesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
Cesta do Mikrosvěta - Gymnaziumtrebic
 
Pohledy z vesmíru
Pohledy z vesmíruPohledy z vesmíru
Pohledy z vesmíru
 
Závěrečný úkol modulu č.13
Závěrečný úkol modulu č.13Závěrečný úkol modulu č.13
Závěrečný úkol modulu č.13
 

Similar to Gravitační vlny a jiné příze

Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíruGravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
Pavel Vachtl
 
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monika
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monikaPrezentace do jaderne fyziky havelkova monika
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monikaLadislav Šigut
 
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latekHIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
Department of Chemistry FP TUL
 
Do školy- osobní VT+AE
Do školy- osobní VT+AEDo školy- osobní VT+AE
Do školy- osobní VT+AEJan Trnavský
 
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
Maelström
 
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratořAlenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Ondřej Kasal
 
Elektrosmog zátěž-životního-prostředí
Elektrosmog zátěž-životního-prostředíElektrosmog zátěž-životního-prostředí
Elektrosmog zátěž-životního-prostředí
kovaki
 

Similar to Gravitační vlny a jiné příze (10)

Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíruGravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
Gravitační čočky a jejich využití při zkoumání vesmíru
 
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monika
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monikaPrezentace do jaderne fyziky havelkova monika
Prezentace do jaderne fyziky havelkova monika
 
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latekHIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
HIC 10: Vyvoj nazoru na stavbu latek
 
Ke06 2008
Ke06 2008Ke06 2008
Ke06 2008
 
Ke06 2008
Ke06 2008Ke06 2008
Ke06 2008
 
Do školy- osobní VT+AE
Do školy- osobní VT+AEDo školy- osobní VT+AE
Do školy- osobní VT+AE
 
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
Novodobé dějiny české astronomie (Petra Hyklová)
 
Krzp1 1
Krzp1 1Krzp1 1
Krzp1 1
 
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratořAlenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
 
Elektrosmog zátěž-životního-prostředí
Elektrosmog zátěž-životního-prostředíElektrosmog zátěž-životního-prostředí
Elektrosmog zátěž-životního-prostředí
 

More from Lukáš Richterek

Pohyby Země a Měsíce
Pohyby Země a Měsíce Pohyby Země a Měsíce
Pohyby Země a Měsíce
Lukáš Richterek
 
Úlohy a účast v FO
Úlohy a účast v FOÚlohy a účast v FO
Úlohy a účast v FO
Lukáš Richterek
 
Pí nejen na nebesích
Pí nejen na nebesíchPí nejen na nebesích
Pí nejen na nebesích
Lukáš Richterek
 
210409 npi fo_richterek
210409 npi fo_richterek210409 npi fo_richterek
210409 npi fo_richterek
Lukáš Richterek
 
Soustava SI v roce 2019
Soustava SI v roce 2019Soustava SI v roce 2019
Soustava SI v roce 2019
Lukáš Richterek
 
Kvantová pravidla
Kvantová pravidlaKvantová pravidla
Kvantová pravidla
Lukáš Richterek
 
Albert Einstein a speciální teorie relativity
Albert Einstein a speciální teorie relativityAlbert Einstein a speciální teorie relativity
Albert Einstein a speciální teorie relativity
Lukáš Richterek
 

More from Lukáš Richterek (7)

Pohyby Země a Měsíce
Pohyby Země a Měsíce Pohyby Země a Měsíce
Pohyby Země a Měsíce
 
Úlohy a účast v FO
Úlohy a účast v FOÚlohy a účast v FO
Úlohy a účast v FO
 
Pí nejen na nebesích
Pí nejen na nebesíchPí nejen na nebesích
Pí nejen na nebesích
 
210409 npi fo_richterek
210409 npi fo_richterek210409 npi fo_richterek
210409 npi fo_richterek
 
Soustava SI v roce 2019
Soustava SI v roce 2019Soustava SI v roce 2019
Soustava SI v roce 2019
 
Kvantová pravidla
Kvantová pravidlaKvantová pravidla
Kvantová pravidla
 
Albert Einstein a speciální teorie relativity
Albert Einstein a speciální teorie relativityAlbert Einstein a speciální teorie relativity
Albert Einstein a speciální teorie relativity
 

Gravitační vlny a jiné příze

  • 2. Hydepark Civilizace Kip Thorne 7. 9. 2019 Rainer Weiss 22. 2. 2020 Barry Barish 10. 7. 2021 Kip Thorne v Praze 2019
  • 4. Obsah 1 Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme ... 2 Zdroje gravitačních vln 3 Vlastnosti gravitačních vln 4 První detektory gravitačních vln 5 Binární pulsary 6 Laserové interferometry 7 GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC 8 (Pokus o) výhled do budoucnosti 9 Einstein@Home 10 Další prameny 4 / 132
  • 5. Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme … vlnění hlavním zdrojem informací nejen o vesmíru až do roku v astronomii 1932 pouze „optické okno“ 5 / 132
  • 6. Ať žijí vlny aneb vlním, vlníš, vlníme … 6 / 132
  • 7. Elektromagnetické vlny Maxwell J C 1865 A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field Phil. Trans. R. Soc. Lond. 155 459–512 Maxwell J C 1873 A treatise on electricity and magnetism (Oxford: Clarendon Press) James Clerk Maxwell (1831–1879) 7 / 132
  • 8. Elektromagnetické vlny Heřman J 2006 Od Jantaru k tranzistoru. Elektřina a magnetismus v průběhu staletí (Praha: FCC Public) Maxwell J C 1865 A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field Phil. Trans. R. Soc. Lond. 155 459–512 Maxwell J C 1873 A treatise on electricity and magnetism (Oxford: Clarendon Press) James Clerk Maxwell (1831–1879) 8 / 132
  • 9. Elektromagnetické vlny Hertzova laboratoř v Karlsruhe Zdroj: Baird D. et al 2013 Heinrich Hertz: Classical Physicist, Modern Philosopher Springer Science & Business Media Hertz H 1887 Ueber sehr schnelle electrische Schwingungen Ann. Phys. 267 421–448 Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) asi 25 let od teorie k experimentálnímu důkazu 9 / 132
  • 10. OTR: listopad 2015 Génius – Einstein: https://www.ceskatelevize.cz/porady/ 12128306513-genius-einstein/ 10 / 132
  • 11. Cementerio de Trenes, poblíž města Uyuni (JZ Bolivie)
  • 12. „Hmota říká prostoru, jak se zakřivovat a prostor říká hmotě, jak se pohybovat.“ John Archibald Wheeler (1911--2008) Obrázek: Misner C W, Thorne K S a Zurek W H 2009 John Wheeler, relativity, and quantum information Physics Today 62 40–46
  • 13. Thorne K S 2004 Černé díry a zborcený čas (Pozoruhodná dědictví Einsteinova génia) (Praha: Mladá fronta) Obrázek: https://caltechy.org
  • 14. Ferreira P G 2015 Nádherná teorie (Praha: Vyšehrad). http://www.ivysehrad.cz/kniha/bezchybna-teorie/ Obrázek: http://eltrompellot.blogspot.cz/2015/01/ un-nou-llibre-sobre-la-teoria-de-la.html
  • 16. Předpověď gravitačních vln Einstein si uvědomil možnost existence grav. vln (1916, 1918): jestliže se zdroj deformací prostoročasu periodicky pohybuje (dvojhvězdný systém), prostoročas by měl vibrovat Poincaré H 1905 Sur la dynamique de l’électron Comptes Rendus de l’Académie des Sciences 140 1504–1508 (1906 Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo 21 129–176) Einstein A 1916 Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie Ann. Phys. 354 769–822 Einstein A 1918 Über Gravitationswellen Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Seite 154-167. 16 / 132
  • 20. Einstein 1916: existence gravitačních vln šíření rychlostí světla příčné vlny Einstein 1936 v dopise Maxu Bornovi: „…dospěl k k výsledku, že gravitační vlny neexistují, ačkoli byly považovány za jisté v první aproximaci, že nelinerátní rovnice pole nám mohou říci více, nebo nás spíše omezují více, než jsme si dosud mysleli“. …„jen kdyby nebylo tak zatraceně obtížné najít rigorózní řešení“. Einstein A a Rosen N 1937 On gravitational waves Journal of the Franklin Institute 223 43–54 Kennefick D 2005 Einstein versus the Physical Review Phys. Today 58 43–48 20 / 132
  • 21. Zdroje gravitačních vln binární systémy, supernovy, srážky černých děr, velký třesk vlny nesou informaci o těchto dějích (např. velkoškálová struktura Vesmíru) 21 / 132
  • 22. Vlastnosti gravitačních vln šíří se rychlostí světla, příčné vlny (jako elmag.!) vlastně periodická deformace slapových účinků – relativní zrychlení částic kolmo na směr šíření velmi slabé; relativní změna vzdálenosti dvou testovacích částic h = ∆L L < 10−21 !!! jako 1 AU s přesností 1 atomu horní odhad h ≦ 2GM c2r ≈ 3 × 10−19 M M⊙ 1×106 ly r 22 / 132
  • 23. Vlastnosti gravitačních vln animace příchod za Zemi měřítko změny 23 / 132
  • 24. Detektory gravitačních vln počátkem 60. let 20. století Joseph Weber (1919 – 2000); gravimetr pro Apollo 17 velké hliníkové válce (Maryland, Chicago, 1,5 t), rezonancí se rozkmitají (≈ 1 660 Hz), h ≈ 10−16 později i kvantové senzory, chlazení (italské superkryohenní projekty NAUTILUS a AURIGA při T = 0,01 K http: //www.auriga.lnl.infn.it) nevýhoda: „naladění“ (asi 900 Hz) 24 / 132
  • 25. Rezonanční detektory Aguiar O D 2011. The Past, Present and Future of the Resonant-Mass Gravitational Wave Detectors Research in Astronomy and Astrophysics 11(1) 1–42, DOI: 10.1088/1674-4527/11/1/001, arXiv:1009.1138 [astro-ph.IM] 25 / 132
  • 26. Rezonanční detektory Aguiar O D 2011. The Past, Present and Future of the Resonant-Mass Gravitational Wave Detectors Research in Astronomy and Astrophysics 11(1) 1–42, DOI: 10.1088/1674-4527/11/1/001, arXiv:1009.1138 [astro-ph.IM] 26 / 132
  • 29. Zdroj: Radio Astronomy Heritage and Education Centre http://www.phy.cam.ac.uk/research/research-groups/ap/heritage 29 / 132
  • 30. Radioteleskop Arecibo, Portoriko († 1. 12. 2020) 30 / 132
  • 31. Těžký tekutý vnitřek převážně neutrony a jiné těžší částice Pevný povrch ~ 1,5 km Neutronová hvězda ~1,5 hmotností Slunce ~19 km v průměru Hustota kolem 1017 kg/m3 Silné magnetické pole 104 –1011 T 31 / 132
  • 32. Binární pulsary Antony Hewish a Jocelyn Bell (1967): první pulsar, NC 1974 s Martinem Ryleem perioda rotace 0,0016 − 4 s Joseph Taylor a Russell Hulse (1974): binární pulsar PSR1913+16: hmotnosti 1,441 M⊙ a 1,387 M⊙, T = 7,75193909 h, zkracuje se o 76 µs·rok−1, přibližování o 3,5 m·rok−1 (Země 1 mm/Gy), vzdálenost 0,746 − 3,154 · 106 km (1,1R⊙–4,8R⊙), NC 1993 Hewish A et al B 1968 Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source Nature 217 709–713 Hulse R A a Taylor J H 1975 Discovery of a pulsar in a binary system The Astrophysical Journal Letters 195 L51–L53 32 / 132
  • 35. Binární pulsary Millise ond Pulsars 3 cylinder rotation axis light fieldlines closed fieldlines open magnetic axis radio beam 0 50 100 150 200 250 300 350 Longitude [deg] PSR B1133+16 Average profile Fig. 1. (left) A pulsar is a rotating, highly magnetised neutron star. A radio beam 35 / 132
  • 36. Binární pulsar J0737-3039 objev v roce 2003, T = 2,4 h, ω̇ = 16,88 ± 0,09 °/year, splynutí asi za 85 miliónů let Burgay[ová] M[arta] et al 2003 An increased estimate of the merger rate of double neutron stars from observations of a highly relativistic system Nature 426 531–533 18 Mi hael Kramer 36 / 132
  • 37. změna energie, momentu hybnosti a hlavní poloosy binárního systému v důsledku vyzařování gravitačních vln (průměry za jednu periodu) Peters P C 1964 Gravitational Radiation and the Motion of Two Point Masses Phys. Rev. 136 B1224–1232 37 / 132
  • 39. Laserové interferometry Kip Thorne, Ronald Drever († 2017) a Robbie Vogt, první ředitel projektu LIGO (1990) Zdroj: CALTECH Archives, BBC Weiss R 1972 Electromagnetically Coupled Broadband Gravitational Antenna Quarterly Progress Report, Research Laboratory of Electronics, MIT 39 / 132
  • 40. Laserové interferometry Podolský J Pátrání po gravitačních vlnách http://utf.mff.cuni.cz/~podolsky/gravlny2/gravitvln.htm 40 / 132
  • 41. Laserové interferometry Novotný J 2016 Gravitační vlny: historie, současnost, perspektivy Čs. čas. fyz. 66 144–148 41 / 132
  • 42. Laserové interferometry 1 2 SPACETIME GRAVITATIONAL WAVE BLACK HOLE 3 4 5 6 The light waves bounce and return. MIRROR LIGO – A GIGANTIC INTERFEROMETER MIRROR A “beam splitter” splits the light and sends out two identical beams along the 4 km long arms. Laser light is sent into the instrument to measure changes in the length of the two arms. LIGHT DETECTOR LIGHT DETECTOR LASER A gravitational wave affects the interferometer’s arms differently; when one extends the other contracts as they are passed by the peaks and troughs of the gravitational waves. LIGHT WAVES HIT THE LIGHT DETECTOR Normally, the light returns unchang- ed to the beam splitter from both arms and the light waves cancel each other out. If the arms are disturbed by a gravitational wave, the light waves will have travelled different distan- ces. Light then escapes through the splitter and hits the detector. BEAM SPLITTER BEAM SPLITTER LIGHT WAVES CANCEL EACH OTHER OUT 4 km 42 / 132
  • 43. Laserové interferometry příprava od 80. let 20. století, širokospektrální Rainer Weiss a Robert Forward periodický posun interferenčních proužků úměrný h animace 90. léta Kip Thorn a Ronald Drever (Caltech a MIT) – MARK 2, ramena 40 m, citlivost 10−18 vyšší přesnost: stabilní pevnofázový Nd:YAG laser, 10 W, λ = 1 064 nm křemenná zrcadla (rozměry asi 25 cm, hmotnost 11 kg, odrazivost 99,999 998 vysoký stupeň vakua, závěsy, odrušení vibrací prodloužení ramen: TAMA 300, GEO 600 LIGO (4 km), VIRGO (3 km) 43 / 132
  • 44. Laserové interferometry vyšší přesnost: stabilní pevnofázový Nd:YAG laser, 10 W, λ = 1 064 nm křemenná zrcadla (rozměry asi 25 cm, hmotnost 11 kg, odrazivost 99,999 998 vysoký stupeň vakua, závěsy, odrušení vibrací prodloužení ramen: TAMA 300, GEO 600 LIGO (4 km), VIRGO (3 km) LIGO (http://www.ligo.caltech.edu) dva 3 000 km vzdálené detektory: Hanford (Washington), Livingstone (Louisiana), největší citlivost okolo 100 Hz, pět cyklů měření, dosaženo h = 10−21 VIRGO (http://www.ego-gw.it) Cascina nedaleko Pisy, největší citlivost okolo 10 Hz; (lze najít na Google maps) 44 / 132
  • 45. 3 , 0 0 0 km LIVINGSTON U S A HANFORD The Hanford facility is on the steppes of the northwest USA, outside Hanford. The Livingston facility is in Livingston in the southern swampland of Louisiana. FIG 4. LIGO consists of two gigantic identical interferometers. The gravitational wave first hit the interferometer in Livingston and then passed its twin in Hanford, just over 3,000 km away, 7 milliseconds later. The signals were almost identical, and were a good match with the predicted signal for a gravitational wave. Using the signals, an area in the southern skies could also be identified as the area the waves came from. Courtesy Caltech MIT/Ligo Laboratory Courtesy Caltech MIT/Ligo Laboratory Illustration: ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences 45 / 132
  • 49. Advanced Virgo http://www.virgo-gw.eu Santo Stefano, Toskánsko v provozu od roku 2007, neustále se vylepšuje ramena 3 km, efektivní délka 100 km 49 / 132
  • 50. Laserové interferometry 2008: „Enhanced LIGO“, citlivost dvojnásobná, 2× delší dosah (potenciálních zdrojů 8× více) „Advanced LIGO“ a „Advanced Virgo“, výkon laserů 20 W, těžší a větší zrcadla (40 kg) na křemenných vláknech s několika násobnou aktivní seismickou izolací tlak v trubicích < 1 µPa h < 10−23 pro 80--500 Hz plánovaná citlivost 2021 rozsáhlá mezinárodní spolupráce 50 / 132
  • 52. Laserové interferometry LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et al 2016 GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First Discoveries Phys. Rev. Lett. 116 131103 52 / 132
  • 53. Laserové interferometry v oblasti nižších frekvencí seismický šum (pohyb kontinentů, vzdušných hmot, slapové síly), tepelný šum (atomy a molekuly detektoru); v oblasti vyšších frekvencí fotonový šum; elektrická síť 60 Hz, závěsy kyvadel 500 Hz, kalibrační signály (33 Hz–38 Hz, 1 080 Hz) 53 / 132
  • 59. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC
  • 60. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC David Reitze (Executive Director of LIGO): „Ladies and gentlemen, we have detected gravitational waves. We did it!“ Tisková konference 11. 2. 2016, Washington, D.C. https://youtu.be/aEPIwEJmZyE 60 / 132
  • 61. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC Abbott B P, et al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) 2016 Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger Phys. Rev. Lett. 116 61102 https://papers.ligo.org (1 010 fyziků, 133 institucí) 61 / 132
  • 62. Doba života hvězd Ejnar Hertzsprung Henry Norris Russell okolo roku 1910 doba života hvězdy hlavní posloupnosti T ≈ ( M⊙ M )2.5 T⊙ 62 / 132
  • 63.
  • 64. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC animace pozadí animace splynutí 64 / 132
  • 65. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC Výběr z databáze 250 000 vzorků numericky „čirpových profilů“ vypočítaných pro různé hmotnosti, rotační rychlosti a další parametry, a = 0,67, z = 0,1 65 / 132
  • 66. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC www.ligo.caltech.edu/page/detection-companion-papers https://losc.ligo.org/events/GW150914/ 66 / 132
  • 67. GW150914, 14. 9. 2015, 09:50:45.39 UTC 67 / 132
  • 68. Advanced praktikum: zkuste si analýzu dat https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_tutorial.html „whitening“: fluktuace šumu větší na nižších frekvencích a blízko „spektrálních čar“ =⇒ vyrovnání „chirp signal“ trval 0,2 s, 8 cyklů, frekvence 35 Hz→250 Hz animace http://www.soundsofspacetime.org 68 / 132
  • 69. Advanced praktikum: zkuste si analýzu dat https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_tutorial.html „whitening“: fluktuace šumu větší na nižších frekvencích a blízko „spektrálních čar“ =⇒ vyrovnání „chirp signal“ trval 0,2 s, 8 cyklů, frekvence 35 Hz→250 Hz animace http://www.soundsofspacetime.org 69 / 132
  • 70. Další zajímavosti zářivý výkon při splynutí 3,6×1049 W 10× > zářivý výkon všech hvězd viditelného vesmíru hmotnost gravitonu by způsobila disperzi vln (s nižší f pomaleji): nebylo pozorováno mg < 2,1×10−58 kg = 1,2×10−22 eV/c2 70 / 132
  • 71. Fermi Gamma-ray Space Telescope event? gamma-ray burst > 50 keV o 0,4 s po události LIGO event pravděpodobnost šumu nebo náhody 0,22 % (???) diskuse, zda při splynutí γ záblesky vznikají nebo ne Ackermann M, et al 2016 Fermi-LAT Observations of the LIGO Event GW150914 Astrophysics Journal 823 L2 (Preprint arXiv:1602.03920 [astro-ph.HE]) 71 / 132
  • 72.
  • 73.
  • 75. Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814 75 / 132
  • 76. Zdroj: LSC – LIGO Scientific Collaboration http://www.ligo.org 76 / 132
  • 77. Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814 LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et al. 2017 GW170814: A Three-Detector Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Coalescence Phys. Rev. Lett. 119 141101. 77 / 132
  • 78. Společná detekce LIGO a VIRGO: GW170814 78 / 132
  • 79.
  • 80.
  • 81.
  • 82.
  • 83.
  • 84. LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Abbott B P, et al. 2017 GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral Phys. Rev. Lett. 119 161101. 84 / 132
  • 85.
  • 86. NGC 4993, 130×106 ly, souhvězdí Hydry
  • 87. asi 70 observatoří v hodinách, dnech a týdnech přesnější určení polohy stopy prvků jako Au
  • 88.
  • 89.
  • 90.
  • 91. nejbližší zdroj gravitačních vln jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ animace
  • 92. nejbližší zdroj gravitačních vln jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ animace
  • 93. nejbližší zdroj gravitačních vln jeden z nejbližších zdrojů záblesků γ animace
  • 94. Vítejte v éře multimessenger astronomy!
  • 95.
  • 96.
  • 98.
  • 99.
  • 100.
  • 101.
  • 102.
  • 103.
  • 104.
  • 105. Chirp: http://chirp.sr.bham.ac.uk/alerts The Gravitational-Wave Candidate Event Database (GraceDB): https://gracedb.ligo.org
  • 106. O3a Catalog The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, Abbott R, et al. 2021 Population Properties of Compact Objects from the Second LIGO-Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog The Astrophysical Journal Letters 913 L7, DOI: 10.3847/2041-8213/abe949, arXiv:2010.14533 [astro-ph.HE] 106 / 132
  • 111. Podzemní detektory třetí generace http://www.et-gw.eu
  • 112.
  • 113.
  • 114. (Pokus o) výhled do budoucnosti
  • 116. eLISA – další krok? rozměry na Zemi nelze neomezeně zvětšovat (cena vakuového systému, zakřivení), seismické procesy neumožňují měřit pod 1 Hz ESA: eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna): 90-tá léta: první plány 2011: NASA odstupuje =⇒ New Gravitational-wave Observatory (NGO); zamítnuto finacování 2013: Cosmic Vision science (program ESA), start 2034??? www.elisascience.org 116 / 132
  • 117. eLISA – další krok? rovnostranný △ o straně 1 000 000 km, sleduje dráhu Země geodetická „bezsilová trajektorie“ (× tlak záření, magnetické pole, …) =⇒ referenční krychle (46 mm) z Pt a Au, 1,96 kg, jemné trysky s tahem µN; stěny krychle zároveň zrcadlem výhody: h < 10−21 bez seismického rušení jiný frekvenční rozsah ≈1 mHz – 100 mHz: kompaktní binární systémy h ≈ ( GM Rc2 )2 R D nevýhody: cena miliardy dolarů (?) www.elisascience.org 117 / 132
  • 118. eLISA – další krok? 118 / 132
  • 119. eLISA – další krok? 119 / 132
  • 120. eLISA – další krok? objekty v blízkosti jádra Galaxie (spirálují do ČD), raný vesmír (extra dimenze, kosmické struny?), zpřesnění H0, hmotnost gravitonu (?) 120 / 132
  • 121.
  • 122. LISA Pathfinder testovací sonda, start: 3. 12. 2015 16. 2. 2016 uvolněny testovací hmotnosti (38 cm ode sebe) 1. 3. 2016 začátek měření, 7. 6. 2016 první výsledky 30. 7. 2017 konec úspěšné mise 122 / 132
  • 123. 7. 6. 2016: výsledky předčily očekávání na frekvencích 1–60 mHz limit odrazu molekul řídkého plynu
  • 124. LISA Pathfinder Armano M, et al 2016 Sub-Femto-g Free Fall for Space-Based Gravitational Wave Observatories: LISA Pathfinder Results Phys. Rev. Lett. 116 231101 LISA Pathfinder Collaboration, Armano M, et al 2017 Charge-Induced Force Noise on Free-Falling Test Masses: Results from LISA Pathfinder Phys. Rev. Lett. 118 171101 124 / 132
  • 125. Einstein@Home: zapojte svůj počítač http://einstein.phys.uwm.edu Center for Gravitation and Cosmology (University of Wisconsin-Milwaukee), Max Planck Institute for Gravitational Physics (Hannover) asi 430 000 dobrovolníků, 228 zemí, Czech National Team 7. (3746 členů) „podezřelý vzorek“ =⇒ dodatečné pozorování objektu uživatelé, kteří analyzovali údaje, v nichž byl nalezen kandidát na pulzar – poděkování ve vědeckém článku srpen 2010: Chris and Helen Colvin (Ames, Iowa) a Daniel Gebhardt (Universität Mainz), vzorek signálů z Arecibo Observatory Brazier A, et al 2010 Pulsar Discovery by Global Volunteer Computing Science 329 1305 (Preprint arXiv:1008.2172 [astro-ph.GA]) pulsar PSR J2007+2722 (rotace 41 Hz), součást Mléčné dráhy asi 17 000 ly (Lištička), není dvojhvězda 125 / 132
  • 126. Einstein@Home: zapojte svůj počítač 4th Einstein@Home survey for gamma-ray pulsars (FGRP4, data z Fermi Gamma-ray Space Telescope, 2014-2015) 13 γ-pulsarů, určeny parametry pulsarů PeRu (Czech Republic), J1350-6225, 19. 6. 2015 Bryden Kanngiesser (Canada) dobrovolníci celkem 18 pulsarů 126 / 132
  • 128. Další prameny: články v češtině a slovenštině Galis R 2016 Gravitačné vlny – po sto rokoch potvrdené Kozmos 48(3) 10–16 Ledvinka T a Bičák J 2016 Pozorování gravitačních vln ze srážky černých děr Čs. čas. fyz. 66 70–73 Lucianetti A, et al 2016 Faradayovy izolátory pro detektory gravitačních vln LIGO a pro vysokovýkonné lasery Čs. čas. fyz. 66 74–77 Novotný J 2016 Gravitační vlny: historie, současnost, perspektivy Čs. čas. fyz. 66 144–148 Podolský J 2005 Teorie gravitačního záření Čs. čas. fyz. 55 86–93 http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/cscasfyz2005.pdf Podolský J 2010 Gravitační vlny a jejich detektory Astropis Speciál 34–37 http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/Astropis_2010.pdf Podolský J 2016 První přímá detekce gravitačních vln sto let po jejich předpovědi Albertem Einsteinem Astropis(1) 14–16 http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/LISA/Astropis_2016.pdf Podolský J 2016 Gravitační vlny poprvé zachyceny: GW150914 ze srážky černých děr PMFA 61 89–105. Podolský J 2016 Einsteinovy gravitační vlny poprvé zachyceny XVIII. seminář o filosofických otázkách matematiky a fyziky, Velké Meziříčí, 22.–25. 8. 2016 na Gymnáziu Velké Meziříčí http://www.gvm.cz/images/stories/o-studiu/seminare/18-seminar/ prednasky/Podolsky_Detekce_gravitacnich_vln.pdf Stuchlík Z 2016 Registrace gravitační vlny Vesmír 95 288–289 128 / 132
  • 129. Videa online Jiří Podolský – Gravitační vlny po 100 letech potvrzeny! (ÚMKP 26. 2. 2016): https://youtu.be/mhUS9arge94 Jiří Podolský – Kosmické poselství gravitačních vln (MFF UK 29. 10. 2020): https://youtu.be/DWO7vmVwzmE Bičák, Heyrovský, Langer, Ledvinka, Podolský – Přímá detekce gravitačních vln (MFF FDP 25. 2.,2016): https://youtu.be/FhggaMyEIlI Petr Kulhánek – Mají gravitační vlny naději? (Štefánikova hvězdárna, Aldebaran 21. 2. 2016): https://youtu.be/y0qLPOLUeM8 129 / 132
  • 130. Reiner Weiss (*1932): „Toto pozorování je krásně popsáno Einsteinovou obecnou teorií relativity formulovanou před 100 lety a představuje první test teorie v oblasti silné gravitace. Bylo by úžasné sledovat Einsteinovu tvář, kdybychom mu o tom mohli říci.“ Kip Thorne (*1940): „S tímto objevem my lidé stojíme na prahu jedinečného nového pátrání: zkoumání zakřivené strany vesmíru – objektů a jevů, které jsou vytvořeny zakřiveným prostoročasem. Srážející se černé díry a gravitační vlny jsou naše první krásné příklady.“ „Správná odpověď je málokdy tak důležitá jako správná otázka.“ NC rozhovor Rainer Weiss, Kip Thorne, David Reitze Zdroj: http://www.ottawacitizen.com/ technology/Rainer+Weiss+Thorne+ David+Reitze/11712943/story.html
  • 131. Martin Smith: Concentric Wave. 2005-2006, The Harley Gallery, Welbeck, UK. Zdroj: https: //www.youtube.com/watch?time_continue=4&v=HUsgVBUDiD0 131 / 132
  • 132. Lukáš Richterek lukas.richterek@upol.cz Katedra experimentální fyziky PřF UP 17. listopadu 1192/12, CZ-771 46 Olomouc http://muj.optol.cz/~richterek/ http://www.slideshare.net/lrichterek 132 / 132