Закрыть
Регистрация
Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация

Гравитационные волны обнаружены ?! Что это означает?

События

Гравитационные волны обнаружены ?! Что это означает? 15.02.2016
Одноклассники Facebook LJ Twitter В Контакте

В середине февраля 2016 года некоторые СМИ сделели сенсационные заявления об обнаружении гравитационных волн. 

 Используя два гигантских детектора LIGO ( LIGO [ сокращение от английского выражения -  Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory -  лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория]  -  один в Ливингстоне, штат Луизиана, а другой в Хэнфорде, штат Вашингтон - ученые измеряли рябь пространства-времени, которая рождается в процессе столкновения двух черных дыр и наконец нашли, что искали. 

Такое заявление подтвердило предсказанное еще Альбертом Эйнштейном существование гравитационных волн, которые он 100 лет назад сделал частью своей общей теории относительности,  но на этом последствия не заканчиваются.

 Будучи,   по-сути,  колебаниями  ткани пространства-времени, гравитационные волны часто сравниваются со звуком, их даже преобразовывали в звуковые дорожки. Гравитационно-волновые телескопы, позволяющие фиксировать эти волны,  позволили бы ученым «слышать» явления так же, как световые телескопы их «видят».

 Когда  проект создания LIGO  искал  финансирования американским правительством в начале 1990-х, его основными соперниками на слушаниях в Конгрессе были астрономы.

 «Тогда считали, что  обсерватория LIGO не имеет ничего общего с астрономией»,  -  говорит Клиффорд Вилл, теоретик ОТО (Общей Теории Относительности) в Университете Флориды в Гейнсвилле, один из первых сторонников  проекта LIGO. 

Но с тех пор многое изменилось. Добро пожаловать в область гравитационно-волновой астрономии. Давайте пройдемся по вопросам и явлениям, которые она могла бы раскрыть.

 СУЩЕСТВУЮТ ЛИ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ НА САМОМ ДЕЛЕ? 

Сигнал, который ожидается от анонса LIGO, возможно, был произведен двумя сливающимися черными дырами. Подобные события  - самые мощные по величине энергетических характеристик  из известных в настоящее время; сила гравитационных волн, излучаемых ими, может ненадолго затмить  энерговыделение всех звезд в  наблюдаемой Вселенной в сумме. 

Сливающиеся черные дыры также весьма просто интерпретировать по весьма чистым гравитационным волнам. Слияние черных дыр происходит, когда две черных дыр вращаются по спирали друг относительно друга, излучая энергию в виде гравитационных волн

Эти волны имеют характерный звук (ЛЧМ, сокращение от Линейно-Частотная Модуляция), который можно использовать для измерения массы двух этих объектов. После этого черные дыры обычно сливаются.

 «Представьте два мыльных пузыря, которые подходят так близко, что образуют один пузырь. Деформируется более крупный пузырь»,  - говорит Тибальд Дамур, гравитационный теоретик из Института передовых научных исследований близ Парижа. 

Окончательная черная дыра будет идеально сферической формы, но предварительно должна испустить гравитационные волны предсказуемого типа. Одним из важнейших научных последствий обнаружения слияния черных дыр будет подтверждение существования черных дыр  - по крайней мере идеально круглых объектов, состоящих из чистого, пустого, искривленного пространства-времени, как предсказывает общая теория относительности. 

Другое последствие  - слияние проходит так, как предсказывали ученые. У астрономов есть масса косвенных подтверждений этого феномена, но пока это были наблюдения звезд и перегретого газа на орбите черных дыр, а не самих черных дыр. 

«Научное сообщество, включая меня, недолюбливает черные дыры. Мы принимаем их как должное, - говорит Франс Преториус, специалист по симуляциям ОТО в Принстонском университете в Нью-Джерси.  - Но если задуматься о том, какое это удивительное предсказание, нам нужно воистину удивительное доказательство».

 ДВИЖУТСЯ ЛИ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ СО СКОРОСТЬЮ СВЕТА? 

Когда ученые начинают сравнивать наблюдения  в обсерватории LIGO с наблюдениями других телескопов, первое, что они проверяют, это в одно ли время прибыл сигнал. Физики считают, что гравитация передается частицами-гравитонами, гравитационным аналогом фотонов. 

Если у гравитонов, как и у фотонов,  нет определяемой  массы покоя, то гравитационные волны будут двигаться со скоростью света, соответствуя предсказанию о скорости гравитационных волн в классической теории относительности. (На их скорость может влиять ускоряющееся расширение Вселенной, но это должно проявляться на дистанциях, значительно превосходящих те, что покрывает телескоп  LIGO).

 Вполне возможно, впрочем, что гравитоны обладают небольшой массой покоя, а значит, гравитационные волны будут двигаться со скоростью немного меньше световой. Так что, например, если детекторы гравитации проектов  LIGO и Virgo ( Virgo - франко-итальянский детектор гравитационных волн, расположенный в EGO (Европейская гравитационная обсерватория)) обнаружат гравитационные волны и выяснят, что волны прибыли на Землю позже связанных с космическим событием гамма-лучей, это может иметь судьбоносные последствия для фундаментальной физики. 

СОСТОИТ ЛИ ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ ИЗ КОСМИЧЕСКИХ СТРУН? 

Еще более странное открытие может случиться, если всплески гравитационных волн будут обнаружены выходящими из «космических струн». Эти гипотетические дефекты кривизны пространства-времени, которые могут быть, а могут и не быть связаны с теорий струн, должны быть бесконечно тонкими, но растянутыми на космические расстояния. 

Ученые прогнозируют, что космические струны, если они существуют, могут случайно перегибаться; если струна перегнется, она вызовет гравитационный всплеск, который могли бы измерить детекторы вроде тех, которые используются в проектах LIGO или Virgo. 

МОГУТ ЛИ НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ БЫТЬ НЕРОВНЫМИ? 

Нейтронные звезды- это остатки некогда больших звезд, которые пережили процесс коллапса (сжатия) под собственным весом и стали настолько плотными, что электроны и протоны начали плавиться в нейтроны.

Ученые плохо понимают физику нейтронных звезд ( или по другому - нейтронных дыр), но гравитационные волны могли бы многое о них рассказать. К примеру, интенсивная гравитация на  поверхности нейтронной звезды приводит к тому, что нейтронные звезды становятся почти идеально сферическими.

 Но некоторые ученые предположили, что на них могут быть также «горы»  - высотой в несколько миллиметров - которые делают эти плотные объекты диаметром в 10 километров, не больше, слегка асимметричными.

 Нейтронные звезды обычно крутятся очень быстро, поэтому асимметричное распределение массы будет деформировать пространство-время и производить постоянный гравитационно-волновой сигнал в форме синусоиды, замедляя вращение звезды и излучая энергию. 

Пары нейтронных звезд, которые вращаются друг вокруг друга, также производят постоянный сигнал. Подобно черным дырам,  нейтронные  звезды  тоже движутся по спирали и в конечном счете сливаются с характерным звуком. Но его специфика отличается от специфики слияния двух черных дыр. 

ОТЧЕГО ВЗРЫВАЮТСЯ ЗВЕЗДЫ? 

Черные дыры и нейтронные звезды образуются, когда массивные звезды перестают светить и коллапсируют сами в себя. Астрофизики думают, что этот процесс лежит в основе всех распространенных типов взрывов сверхновых звезд типа II. 

Моделирование рождения таких сверхновых звезд пока не показало, отчего они зажигаются, но прослушивание гравитационно-волновых всплесков, испускаемых настоящей сверхновой, как полагают, может дать ответ. В зависимости от того, на что похожи волны всплесков, насколько они громкие, как часто происходят и как коррелируют со сверхновыми, за которыми следят электромагнитные телескопы, эти данные могут помочь исключить кучу существующих ныне моделей.

КАК БЫСТРО РАСШИРЯЕТСЯ ВСЕЛЕННАЯ? 

Расширение Вселенной означает, что далекие объекты, которые удаляются от нашей галактики, выглядят более красными, чем являются в действительности, поскольку излучаемый ими свет растягивается по мере их движения. 

Космологи оценивают темпы расширения Вселенной, сравнивая красное смещение галактик с тем, как далеки они от нас. Но это расстояние обычно оценивается по яркости сверхновых типа Ia, и эта методика оставляет кучу неопределенностей.

 Если несколько детекторов гравитационных волн по всему миру обнаружат сигналы от слияния одних и тех же нейтронных звезд, вместе они могут абсолютно точно оценить громкость сигнала, а вместе с тем и расстояние, на котором произошло слияние. 

Они также смогут оценить направление, а с ним и выявить галактику, в которой произошло событие. Сравнивая красное смещение этой галактики с расстоянием до сливающихся звезд, можно получить независимый темп космического расширения, возможно, более точный, чем позволяют современные методы.


По материалам сайта  http://07kbr.ru/2016/02/14/bbbgravitacionnye-volny-obnaruzheny-podrobnosti-chto-eto-oznachaet/

ключевые слова:  Гравитация, гравитационные волны, нейтронная звезда, черная дыра

Возврат к списку