Що за гравітаційні хвилі?
Гравітаційні хвилі - зміни гравітаційного поля, що поширюються
Поляризована гравітаційна хвиля
У загальній теорії відносності, а також убільшості інших сучасних зазначено, що гравітаційні хвилі з'являються від руху масивних тіл зі змінним прискоренням. Гравітаційні хвилі вільно поширюються у просторі зі швидкістю світла. Вони мають дуже малу величину, що важко піддається реєстрації.
Гравітаційні хвилі вперше вони знайшлиу вересні 2015 року двома детекторами-близнюками обсерваторії LIGO, на яких були зареєстровані гравітаційні хвилі, що виникли, ймовірно, в результаті злиття двох чорних дір та утворення однієї більш масивної чорної діри, що обертається.
Будь-яка подвійна зірка при обертанні її компонентівнавколо загального центру мас втрачає енергію (як передбачається - за рахунок випромінювання гравітаційних хвиль) і зрештою зливається воєдино. Але для звичайних, некомпактних, подвійних зірок цей процес займає дуже багато часу, набагато більше за справжній вік Всесвіту.
Якщо ж подвійна компактна система складається зпари нейтронних зірок, чорних дір або їх комбінації, то злиття може статися за кілька мільйонів років. Спочатку об'єкти зближуються, а їх період обертання зменшується. Потім на заключному етапі відбувається зіткнення і несиметричний гравітаційний колапс. Цей процес триває долі секунди, і за цей час в гравітаційне випромінювання йде енергія, складова, за деякими оцінками, більше 50% від маси системи.
Як знаходять гравітаційні хвилі?
Реєструвати гравітаційні хвилі досить складно через їхню слабкість. Приладами їх реєстрації є детектори гравітаційних хвиль. Спроби виявлення були з кінця 1960-х років.
Гравітаційні хвилі амплітуди, що детектується.народжуються при колапс подвійного пульсара. Подібні події відбуваються на околицях нашої галактики орієнтовно раз на десятиліття. Найбільш сильними і досить частими джерелами гравітаційних хвиль для гравітаційних телескопів і антен є катастрофи, пов'язані з колапсами подвійних систем у найближчих галактиках. Очікується, що в найближчому майбутньому на вдосконалених гравітаційних детекторах реєструватиметься кілька подібних подій на рік, що спотворюють метрику на околиці Землі на 10-21-10-23.
Два тіла, що рухаються по кругових орбітах навколо загального центру мас
Нові способи виявити гравітаційні хвилі
У 2017 році вчені, що проводили експеримент підназвою «Лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія» (LIGO), отримали Нобелівську премію з фізики за перше в історії пряме виявлення гравітаційних хвиль, які утворилися при злитті двох чорних дір, які перебувають приблизно в 1,3 млрд світлових років від Землі. Хвилі, що виникли при цьому зіткненні, порушили гравітаційно-хвильової фон Всесвіту і досягли Землі.
Крім подібних разових сильних збурень,які астрофізики вже навчилися фіксувати, існує так званий фон гравітаційних хвиль - постійний потік гравітаційного випромінювання, яке, відповідно до теорії, постійно омиває Землю.
Ще однією можливістю виявити фонгравітаційних хвиль, що заповнюють Всесвіт, є високоточний таймінг віддалених пульсарів - аналіз часу приходу їх імпульсів, які характерним чином змінюються під дією проходять через простір між Землею і пульсаром гравітаційних хвиль.
За оцінками на 2013 рік, точність таймінгунеобхідно підняти приблизно на один порядок, щоб можна було задетектувати фонові хвилі від безлічі джерел у нашому Всесвіті, і це завдання може бути вирішено до кінця десятиліття. Але проходження гравітаційної хвилі має трохи, на кілька наносекунд, змінювати час реєстрації цих спалахів. Таким чином точно відстежуючи таймінг далеких пульсарів, теоретично можна виявити і гравітаційно-хвильовий фон галактики. Це підтверджують попередні результати проекту NANOGrav.
Які нові гравітаційні хвилі знайшли вчені?
Вчені заявили, що їм вдалося виявити ознаки постійного гравітаційного випромінювання, яке проходить через Всесвіт і спотворює тканину простору-часу.
Ми виявили сильний сигнал у нашому наборі даних. Поки що ми не можемо сказати, що це фонові гравітаційні хвилі, але наша мета стає дедалі ближчою.
Джозеф Саймон, астрофізик та провідний автор статті
За словами авторів, ніякі інші обсерваторії НЕв змозі виявити фонові гравітаційні хвилі, тому що орієнтовані на пошук разових подій тривалістю кілька секунд. В рамках експерименту вчені відстежують 45 пульсарів протягом декількох років - і вже виявили ознаки слабких змін в їх періодичності. Пульсари можна порівняти з галактичних маяками, які постійно перебувають на одному і тому ж місці.
Ми ж шукаємо хвилі, які тривають роки чи десятиліття.Відповідно до теорії, злиття галактик та інші космологічні події викликають постійний сплеск величезних гравітаційних хвиль. Потрібні роки або навіть довше, щоб одна така хвиля пройшла повз Землю. Тому жодні інші існуючі експерименти не можуть виявити їх безпосередньо.
Джозеф Саймон, астрофізик та провідний автор статті
Проходив гравітаційні хвилі змінюютьстійку картину світу, що виходить від пульсарів, збільшуючи або стискаючи відносні відстані, які ці промені проходять через простір. Іншими словами, вчені теоретично можуть виявити фон гравітаційних хвиль, відстежуючи корельовані зміни часу прибуття на Землю випромінювання пульсарів.
Що роблять ці гравітаційні хвилі?
Гравітаційні хвилі, що проходять, змінюютьстійку картину світла, що виходить від пульсарів, збільшуючи або стискаючи відносні відстані, які промені проходять через простір. Інакше кажучи, вчені теоретично можуть виявити тло гравітаційних хвиль, відстежуючи корелированные зміни часу прибуття Землю випромінювання пульсарів. Проте для остаточних висновків цього недостатньо. Тому астрономи озвучили плани створення IPTA — мережі інструментів, які дозволять реєструвати такі відхилення для великої кількості пульсарів.
Виявлення гравітаційно-хвильового фону будевеликим кроком уперед, але лише першим кроком. Наступним етапом стане виявлення їх джерел, а далі всього нового, що вони здатні розповісти нам про Всесвіт.
Джозеф Саймон, астрофізик та провідний автор статті
Читати далі
Дослідження: люди не зможуть управляти сверхразумное машинами з ІІ
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять
Подивіться на найкрасивіші знімки «Хаббла». Що побачив телескоп за 30 років?