Kas yra gravitacinės bangos?
Gravitacinės bangos yra gravitacinio lauko pokyčiai, kurie sklinda
Poliarizuota gravitacinė banga
Bendrojoje reliatyvumo teorijoje, taip pat inDauguma kitų šiuolaikinių rodo, kad gravitacinės bangos atsiranda dėl masyvių kūnų judėjimo su kintamu pagreičiu. Gravitacinės bangos laisvai sklinda erdvėje šviesos greičiu. Jie yra labai mažo dydžio ir sunkiai registruojami.
Pirmą kartą buvo atrastos gravitacinės bangos2015 m. rugsėjį du dvyniai LIGO observatorijos detektoriai, aptikę gravitacines bangas, greičiausiai susiliejusias dvi juodąsias skyles ir susidarius dar vienai masyviai besisukančiai juodajai skylei.
Bet kuri dviguba žvaigždė, kai jos komponentai sukasiaplink bendrą masės centrą netenka energijos (kaip manoma – dėl gravitacinių bangų spinduliavimo) ir galiausiai susilieja. Tačiau paprastoms, nekompaktiškoms, dviguboms žvaigždėms šis procesas užtrunka labai ilgai, daug ilgiau nei dabartinis Visatos amžius.
Jei dviguba kompaktiška sistema susideda išneutronų žvaigždžių poros, juodosios skylės ar jų derinys, susijungimas gali įvykti po kelių milijonų metų. Iš pradžių objektai artėja vienas prie kito, o jų orbitos periodas sutrumpėja. Paskutiniame etape įvyksta susidūrimas ir asimetriškas gravitacinis žlugimas. Šis procesas trunka sekundės dalį ir per tą laiką į gravitacinę spinduliuotę išsiskiria energija, kuri, kai kuriais vertinimais, sudaro daugiau kaip 50% sistemos masės.
Kaip randamos gravitacinės bangos?
Gana sunku aptikti gravitacines bangas dėl jų silpnumo. Jų registravimo prietaisai yra gravitacinių bangų detektoriai. Aptikti bandoma nuo septintojo dešimtmečio pabaigos.
Aptinkamos amplitudės gravitacinės bangosgimsta žlugus dvigubam pulsarui. Panašūs įvykiai mūsų galaktikos apylinkėse įvyksta maždaug kartą per dešimtmetį. Stipriausi ir dažniausiai gravitacinių teleskopų ir antenų gravitacinių bangų šaltiniai yra katastrofos, susijusios su dvejetainių sistemų žlugimu netoliese esančiose galaktikose. Tikimasi, kad artimiausiu metu patobulintuose gravitaciniuose detektoriuose bus užfiksuoti keli panašūs įvykiai per metus, iškraipantys metriką Žemės apylinkėse 10−21—10−23 val.
Du kūnai, judantys žiedinėmis orbitomis aplink bendrą masės centrą
Nauji gravitacinių bangų nustatymo būdai
2017 m. Mokslininkai, atlikę eksperimentą pagalLazerinė interferometrinių gravitacinių bangų observatorija (LIGO) laimėjo Nobelio fizikos premiją už pirmą kartą tiesioginį gravitacinių bangų aptikimą, susidariusį sujungus dvi juodąsias skyles, esančias maždaug 1,3 milijardo šviesmečių nuo Žemės. Šio susidūrimo keliamos bangos pažeidė Visatos gravitacinių bangų foną ir pasiekė Žemę.
Be tokių vienkartinių stiprių trikdžių,kurį astrofizikai jau išmoko taisyti, yra vadinamasis gravitacinių bangų fonas - nuolatinis gravitacinės spinduliuotės srautas, kuris, remiantis teorija, nuolat plauna Žemę.
Dar viena galimybė aptikti fonągravitacinių bangų, užpildančių Visatą, yra labai tikslus tolimų pulsarų laikas - jų impulsų, kurie būdingais būdais keičiasi veikiant gravitacinėms bangoms, praeinančioms erdvę tarp Žemės ir pulsaro, atvykimo laiką, analizė.
Apskaičiuota, kad 2013 m. laiko tikslumas yra toksreikia padidinti maždaug viena eile, kad būtų galima aptikti fonines bangas iš daugelio šaltinių mūsų Visatoje, ir šią užduotį galima išspręsti iki dešimtmečio pabaigos. Tačiau gravitacinės bangos prasiskverbimas turėtų šiek tiek, keliomis nanosekundėmis, pakeisti šių blyksnių registravimo laiką. Taigi, tiksliai sekant tolimų pulsarų laiką, teoriškai įmanoma aptikti galaktikos gravitacinių bangų foną. Tai patvirtina preliminarūs NANOGrav projekto rezultatai.
Kokias naujas gravitacines bangas rado mokslininkai?
Mokslininkai teigė, kad jiems pavyko aptikti nuolatinės gravitacinės spinduliuotės, kuri praeina per Visatą ir iškreipia erdvės laiko audinį, požymius.
Duomenų rinkinyje radome stiprų signalą. Dar negalime teigti, kad tai foninės gravitacinės bangos, bet mūsų tikslas artėja.
Joseph Simon, astrofizikas ir pagrindinis šio straipsnio autorius
Pasak autorių, jokia kita observatorijasugeba aptikti fonines gravitacines bangas, nes jos orientuotos į vienkartinių kelių sekundžių trukmės įvykių paiešką. Eksperimento metu mokslininkai per kelerius metus stebėjo 45 pulsarus ir jau rado nedidelių jų dažnio pokyčių požymių. Pulsarus galima palyginti su galaktikos švyturiais, kurie nuolat yra toje pačioje vietoje.
Mes ieškome bangų, kurios trunka metus ar dešimtmečius.Remiantis teorija, galaktikų susijungimai ir kiti kosmologiniai įvykiai sukelia nuolatinį didžiulių gravitacinių bangų pliūpsnį. Vienai tokiai bangai praeiti pro Žemę prireikia metų ar net ilgiau. Dėl šios priežasties jokie kiti esami eksperimentai negali jų tiesiogiai aptikti.
Joseph Simon, astrofizikas ir pagrindinis šio straipsnio autorius
Praeinančios gravitacijos bangos keičiasistabilus šviesos modelis, sklindantis iš pulsarų, didinant arba sutraukiant santykinius atstumus, kuriuos šie spinduliai nueina per erdvę. Kitaip tariant, mokslininkai teoriškai gali nustatyti gravitacinių bangų foną, stebėdami koreliacinius pokyčius pulsaro spinduliuotės patekimo į Žemę metu.
Ką daro šios gravitacinės bangos?
Praeinančios gravitacinės bangos keičiasistabilus šviesos modelis, sklindantis iš pulsarų, didinantis arba suspaudžiantis santykinius atstumus, kuriuos šie spinduliai nukeliauja per erdvę. Kitaip tariant, mokslininkai teoriškai galėtų aptikti gravitacinių bangų foną, stebėdami koreliacinius pulsarinės spinduliuotės atvykimo į Žemę laiko pokyčius. Tačiau to neužtenka galutinėms išvadoms. Todėl astronomai paskelbė apie planus sukurti IPTA – instrumentų tinklą, kuris leis aptikti tokius nukrypimus daugeliui pulsarų.
Gravitacinių bangų fono aptikimas busdidelis žingsnis į priekį, bet tik pirmas žingsnis. Kitas etapas bus jų šaltinių atradimas, o tada – viskas nauja, ką jie gali mums papasakoti apie Visatą.
Joseph Simon, astrofizikas ir pagrindinis šio straipsnio autorius
Skaityti daugiau
Tyrimai: žmonės negalės valdyti intelektualiųjų intelekto intelekto mašinų
Abortas ir mokslas: kas nutiks gimdantiems vaikams
Peržiūrėkite gražiausias Hablo nuotraukas. Ką matė teleskopas per 30 metų?