Kas ir gravitācijas viļņi?
Gravitācijas viļņi ir gravitācijas lauka izmaiņas, kas izplatās
Polarizēts gravitācijas vilnis
Vispārējā relativitātes teorijā, kā arī inLielākā daļa citu mūsdienu liecina, ka gravitācijas viļņi rodas no masīvu ķermeņu kustības ar mainīgu paātrinājumu. Gravitācijas viļņi brīvi izplatās telpā ar gaismas ātrumu. Tie ir ļoti mazi un grūti reģistrējami.
Vispirms tika atklāti gravitācijas viļņi2015. gada septembrī divi LIGO observatorijas dvīņu detektori, kas atklāja gravitācijas viļņus, kas, iespējams, radās divu melno caurumu saplūšanas un vēl viena masīva rotējoša melnā cauruma veidošanās rezultātā.
Jebkura dubultzvaigzne, kad tās sastāvdaļas griežasap kopīgu masas centru tas zaudē enerģiju (kā pieņemts - gravitācijas viļņu starojuma dēļ) un galu galā saplūst kopā. Bet parastām, nekompaktām, dubultzvaigznēm šis process aizņem ļoti ilgu laiku, daudz ilgāk nekā pašreizējais Visuma laikmets.
Ja dubultkompaktā sistēma sastāv noпары нейтронных звезд, черных дыр или их комбинации, то слияние может произойти за несколько миллионов лет. Сначала объекты сближаются, а их период обращения уменьшается. Затем на заключительном этапе происходит столкновение и несимметричный гравитационный коллапс. Этот процесс длится доли секунды, и за это время в гравитационное излучение уходит энергия, составляющая, по некоторым оценкам, более 50% от массы системы.
Kā tiek atrasti gravitācijas viļņi?
Gravitācijas viļņus ir diezgan grūti noteikt to vājuma dēļ. Ierīces to reģistrēšanai ir gravitācijas viļņu detektori. Atklāšanas mēģinājumi ir veikti kopš 1960. gadu beigām.
Nosakāmas amplitūdas gravitācijas viļņiir dzimuši dubultpulsāra sabrukšanas laikā. Līdzīgi notikumi mūsu galaktikas tuvumā notiek aptuveni reizi desmit gados. Spēcīgākie un biežākie gravitācijas viļņu avoti gravitācijas teleskopiem un antenām ir katastrofas, kas saistītas ar bināro sistēmu sabrukumu tuvējās galaktikās. Paredzams, ka tuvākajā laikā uz uzlabotiem gravitācijas detektoriem tiks fiksēti vairāki līdzīgi notikumi gadā, izkropļojot metriku Zemes tuvumā par 10−21-10−23.
Divi ķermeņi, kas pārvietojas apļveida orbītā ap kopēju masas centru
Jauni gravitācijas viļņu noteikšanas veidi
2017. gadā zinātnieki, kuri veica eksperimentu saskaņā arLāzera interferometrisko gravitācijas viļņu observatorija (LIGO) ieguva Nobela prēmiju fizikā par pirmo tiešo gravitācijas viļņu noteikšanu, ko rada divu melno caurumu apvienošanās, kas atrodas aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes. Šīs sadursmes radītie viļņi pārkāpa Visuma gravitācijas viļņu fonu un sasniedza Zemi.
Papildus šādiem vienreizējiem spēcīgiem traucējumiemkuru astrofiziķi jau ir iemācījušies salabot, pastāv tā sauktais gravitācijas viļņu fons - pastāvīga gravitācijas starojuma plūsma, kas saskaņā ar teoriju pastāvīgi mazgā Zemi.
Vēl viena iespēja atklāt fonugravitācijas viļņu piepildīšana ar Visumu ir augstas precizitātes attālināto pulsāru laiks - to impulsu ierašanās laika analīze, kas raksturīgā veidā mainās gravitācijas viļņu iedarbībā, kas iet caur telpu starp Zemi un pulsāru.
No 2013. gada laika noteikšanas precizitāte tiek lēstair jāpalielina par aptuveni vienu lieluma kārtu, lai varētu noteikt fona viļņus no daudziem avotiem mūsu Visumā, un šo uzdevumu var atrisināt līdz desmitgades beigām. Bet gravitācijas viļņa pārejai nedaudz, par dažām nanosekundēm, vajadzētu mainīt laiku, kurā šie uzliesmojumi tiek reģistrēti. Tādējādi, precīzi izsekojot attālo pulsāru laiku, teorētiski ir iespējams noteikt galaktikas gravitācijas viļņu fonu. To apstiprina projekta NANOGrav provizoriskie rezultāti.
Kādus jaunus gravitācijas viļņus ir atraduši zinātnieki?
Zinātnieki teica, ka viņi spēj atklāt pazīmes, kas liecina par pastāvīgu gravitācijas starojumu, kas iet cauri Visumam un izkropļo telpas-laika audumu.
Mēs atradām spēcīgu signālu savā datu kopā. Mēs vēl nevaram teikt, ka tie ir fona gravitācijas viļņi, taču mūsu mērķis tuvojas.
Džozefs Saimons, astrofiziķis un darba vadošais autors
Pēc autoru domām, neviena cita observatorija navspēj noteikt fona gravitācijas viļņus, jo tie ir vērsti uz vienreizēju notikumu meklēšanu, kas ilgst vairākas sekundes. Eksperimenta ietvaros zinātnieki vairākus gadus ir izsekojuši 45 pulsārus - un jau ir atraduši pazīmes par nelielām to biežuma izmaiņām. Pulsārus var salīdzināt ar galaktiskām bākām, kas pastāvīgi atrodas vienā un tajā pašā vietā.
Mēs meklējam viļņus, kas ilgst gadiem vai gadu desmitiem.Saskaņā ar teoriju, galaktiku saplūšana un citi kosmoloģiski notikumi izraisa pastāvīgu milzīgu gravitācijas viļņu uzliesmojumu. Paiet gadi vai pat ilgāks laiks, lai viens šāds vilnis paiet garām Zemei. Šī iemesla dēļ neviens cits esošais eksperiments nevar tos tieši noteikt.
Džozefs Saimons, astrofiziķis un darba vadošais autors
Garāmejošie gravitācijas viļņi maināsstabils gaismas modelis, kas izdalās no pulsāriem, palielinot vai samazinot relatīvos attālumus, kādos šie stari pārvietojas kosmosā. Citiem vārdiem sakot, zinātnieki teorētiski var noteikt gravitācijas viļņu fonu, izsekojot korelācijas izmaiņas pulsa starojuma nonākšanas laikā uz Zemes.
Ko šie gravitācijas viļņi dara?
Mainās garāmejošie gravitācijas viļņistabils gaismas modelis, kas izplūst no pulsāriem, palielinot vai saspiežot relatīvos attālumus, ko šie stari pārvietojas caur telpu. Citiem vārdiem sakot, zinātnieki teorētiski varētu noteikt gravitācijas viļņu fonu, izsekojot korelētās izmaiņas pulsāra starojuma ierašanās laikos uz Zemes. Tomēr ar to nepietiek, lai izdarītu galīgus secinājumus. Tāpēc astronomi ir paziņojuši par plāniem izveidot IPTA — instrumentu tīklu, kas ļaus atklāt šādas novirzes lielam skaitam pulsāru.
Gravitācijas viļņu fona noteikšana būsliels solis uz priekšu, bet tikai pirmais solis. Nākamais posms būs to avotu atklāšana un pēc tam - viss jaunais, ko viņi mums var pastāstīt par Visumu.
Džozefs Saimons, astrofiziķis un darba vadošais autors
Lasīt vairāk
Pētījumi: cilvēki nespēs kontrolēt superinteligent AI mašīnas
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs
Apskatiet skaistākos Habla attēlus. Ko teleskops ir redzējis 30 gadu laikā?