Что за гравитационные волны?
Undele gravitaționale sunt modificări ale câmpului gravitațional care se propagă
Unda gravitațională polarizată
În teoria generală a relativității, precum și înCele mai multe dintre cele moderne indică faptul că undele gravitaționale apar din mișcarea corpurilor masive cu accelerație variabilă. Undele gravitaționale se propagă liber în spațiu cu viteza luminii. Au dimensiuni foarte mici și greu de înregistrat.
Undele gravitaționale au fost descoperite pentru prima datăîn septembrie 2015, două detectoare gemene ale observatorului LIGO, care au detectat unde gravitaționale probabil rezultate din fuziunea a două găuri negre și formarea unei alte găuri negre masive rotative.
Orice stea dublă în timp ce componentele sale se rotescîn jurul unui centru comun de masă pierde energie (după cum se presupune - din cauza radiației undelor gravitaționale) și în cele din urmă se contopește. Dar pentru stelele obișnuite, necompacte, duble, acest proces durează foarte mult timp, mult mai mult decât vârsta actuală a Universului.
Dacă sistemul dublu compact este format dinperechi de stele de neutroni, găuri negre sau o combinație a ambelor, fuziunea poate avea loc în câteva milioane de ani. La început, obiectele se apropie unul de altul, iar perioada lor orbitală scade. Apoi, în etapa finală, are loc o coliziune și un colaps gravitațional asimetric. Acest proces durează o fracțiune de secundă și, în acest timp, energia este eliberată în radiațiile gravitaționale, care, potrivit unor estimări, reprezintă mai mult de 50% din masa sistemului.
Cum se găsesc undele gravitaționale?
Este destul de dificil de detectat undele gravitaționale din cauza slăbiciunii lor. Dispozitivele de înregistrare a acestora sunt detectoare de unde gravitaționale. Încercările de detectare au fost făcute încă de la sfârșitul anilor 1960.
Unde gravitaționale de amplitudine detectabilăse nasc în timpul prăbușirii unui dublu pulsar. Evenimente similare au loc în vecinătatea galaxiei noastre aproximativ o dată pe deceniu. Cele mai puternice și mai frecvente surse de unde gravitaționale pentru telescoape și antene gravitaționale sunt catastrofele asociate cu prăbușirea sistemelor binare din galaxiile din apropiere. Este de așteptat ca în viitorul apropiat mai multe evenimente similare pe an să fie înregistrate pe detectoare gravitaționale îmbunătățite, distorsionând metrica în vecinătatea Pământului cu 10−21—10−23.
Două corpuri care se mișcă pe orbite circulare în jurul unui centru comun de masă
Noi modalități de detectare a undelor gravitaționale
În 2017, oamenii de știință care au efectuat un experiment în cadrulObservatorul laser interferferometric al undelor gravitaționale (LIGO), a câștigat Premiul Nobel pentru fizică pentru prima detectare directă a undelor gravitaționale produse prin fuziunea a două găuri negre la aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină de Pământ. Undele generate de această coliziune au încălcat fundalul undelor gravitaționale ale Universului și au ajuns pe Pământ.
În plus față de astfel de tulburări puternice,pe care astrofizicienii au învățat deja să îl repare, există un așa-numit fond de unde gravitaționale - un flux constant de radiații gravitaționale, care, conform teoriei, spală constant Pământul.
O altă oportunitate de a detecta fundalula undelor gravitaționale care umple Universul este o sincronizare de înaltă precizie a pulsarilor îndepărtați - o analiză a timpului de sosire a impulsurilor lor, care se schimbă într-un mod caracteristic sub acțiunea undelor gravitaționale care trec prin spațiul dintre Pământ și pulsar.
Începând cu 2013, precizia cronometrarii este estimată a fitrebuie crescută cu aproximativ un ordin de mărime pentru a putea detecta undele de fundal din multe surse din Universul nostru, iar această sarcină poate fi rezolvată înainte de sfârșitul deceniului. Dar trecerea unei unde gravitaționale ar trebui să modifice ușor, cu câteva nanosecunde, timpul la care aceste erupții sunt înregistrate. Astfel, urmărind cu precizie sincronizarea pulsarilor îndepărtați, este teoretic posibil să se detecteze fundalul undelor gravitaționale ale galaxiei. Acest lucru este confirmat de rezultatele preliminare ale proiectului NANOGrav.
Ce noi unde gravitaționale au găsit oamenii de știință?
Oamenii de știință au spus că au fost capabili să detecteze semne de radiație gravitațională constantă care trece prin Univers și distorsionează structura spațiu-timpului.
Am găsit un semnal puternic în setul nostru de date. Încă nu putem spune că acestea sunt unde gravitaționale de fundal, dar ținta noastră se apropie.
Joseph Simon, astrofizician și autor principal al lucrării
Potrivit autorilor, niciun alt observatorcapabile să detecteze undele gravitaționale de fond, deoarece acestea sunt concentrate pe căutarea evenimentelor unice care durează câteva secunde. Ca parte a experimentului, oamenii de știință au urmărit 45 de pulsari de-a lungul câtorva ani - și au găsit deja semne de ușoare modificări ale frecvenței lor. Pulsarii pot fi comparați cu farurile galactice care sunt în mod constant în același loc.
Căutăm valuri care durează ani sau decenii.Conform teoriei, fuziunile galactice și alte evenimente cosmologice provoacă o explozie constantă de unde gravitaționale uriașe. Este nevoie de ani sau chiar mai mult pentru ca un astfel de val să treacă pe lângă Pământ. Din acest motiv, niciun alt experiment existent nu le poate detecta direct.
Joseph Simon, astrofizician și autor principal al lucrării
Undele gravitaționale trecătoare se schimbăun model stabil de lumină care emană de la pulsari, crescând sau contractând distanțele relative pe care aceste raze le parcurg prin spațiu. Cu alte cuvinte, oamenii de știință pot detecta teoretic fundalul undelor gravitaționale urmărind modificările corelate în momentul sosirii radiației pulsare pe Pământ.
Ce fac aceste unde gravitaționale?
Undele gravitaționale care trec se schimbăun model stabil de lumină care emană de la pulsari, crescând sau comprimând distanțele relative pe care aceste raze parcurg prin spațiu. Cu alte cuvinte, oamenii de știință ar putea detecta teoretic fundalul undelor gravitaționale urmărind modificările corelate în timpii de sosire a radiației pulsarilor pe Pământ. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru concluzii definitive. Prin urmare, astronomii au anunțat planuri de a crea IPTA, o rețea de instrumente care va face posibilă detectarea unor astfel de abateri pentru un număr mare de pulsari.
Detectarea fondului undelor gravitaționale va fiun mare pas înainte, dar doar un prim pas. Următoarea etapă va fi descoperirea surselor lor și apoi - tot ceea ce ne pot spune despre Univers.
Joseph Simon, astrofizician și autor principal al lucrării
Citeste mai mult
Cercetare: oamenii nu vor putea controla mașinile superinteligente AI
Avortul și știința: ce se va întâmpla cu copiii care vor naște
Vedeți cele mai frumoase imagini ale Hubble. Ce a văzut telescopul în 30 de ani?