Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Гравітаційні хвилі



План:


Введення

Гравітаційна хвиля - обурення гравітаційного поля, "брижі" тканини простору-часу, що розповсюджується з швидкістю світла. Гравітаційні хвилі передвіщаються загальною теорією відносності (ЗТВ) і багатьма іншими теоріями гравітації, але зважаючи на їх надзвичайну малість поки не зареєстровані безпосередньо. Тим не менш, непрямі свідчення їхнього існування досить вагомі - ОТО пророкує збігаються із спостереженнями темпи зближення тісних систем подвійних зірок за рахунок втрати енергії на випромінювання гравітаційних хвиль.

В рамках ОТО гравітаційні хвилі описуються рішеннями рівнянь Ейнштейна хвильового типу, що представляють собою рухається зі швидкістю світла обурення метрики простору-часу. Проявом цього обурення повинно бути, зокрема, періодична зміна відстані між двома вільно падаючими (тобто не відчувають впливу ніяких сил) пробними масами. Амплітудою h гравітаційної хвилі є безрозмірна величина - відносна зміна відстані. Передбачаються максимальні амплітуди гравітаційних хвиль від астрофізичних об'єктів (наприклад, компактних подвійних систем) і явищ (вибухів наднових, злиття нейтронних зірок, захоплень зірок чорними дірами і т. п.) при вимірах в Сонячній системі дуже малі ( h = 10 -18 -10 -23). Слабка (лінійна) гравітаційна хвиля, відповідно до загальної теорії відносності, є поперечної і описується двома незалежними компонентами (має дві поляризації).


1. Генерація гравітаційних хвиль

Система з двох нейтронних зірок породжує брижі простору-часу

Гравітаційну хвилю випромінює будь рухається прискорено матерія. Для виникнення хвилі істотною амплітуди необхідні надзвичайно велика маса випромінювача або / і величезні прискорення, амплітуда гравітаційної хвилі прямо пропорційна прискоренню і масі генератора, тобто ~ ma . Однак, якщо деякий об'єкт рухається прискорено, то це означає, що на нього діє деяка сила з боку іншого об'єкта. В свою чергу цей інший об'єкт відчуває зворотну дію (по 3-му закону Ньютона), при цьому виявляється, що m 1 a 1 = - m 2 a 2. Виходить, що два об'єкти випромінюють гравітаційні хвилі тільки в парі, причому в результаті інтерференції вони істотно взаємно гасяться. Тому гравітаційне випромінювання в загальної теорії відносності завжди носить по мультипольного характер як мінімум квадрупольного випромінювання. Крім того, для нерелятивістських випромінювачів у виразі для інтенсивності випромінювання є малий параметр \ Left (\ frac {r} {c T} \ right) ^ 4 ( r - Характерний розмір випромінювача, T - Характерний період руху випромінювача, c - швидкість світла у вакуумі).

Для Сонячної системи, наприклад, найбільше гравітаційне випромінювання виробляє підсистема Сонця і Юпітера. Потужність цього випромінювання - приблизно 5 кіловат , Таким чином, енергія, втрачається Сонячною системою на гравітаційне випромінювання за рік, абсолютно нікчемна в порівнянні з характерною кінетичної енергією тел.

Найбільш сильними джерелами гравітаційних хвиль є:

  • зіштовхуються галактики (гігантські маси, невеликі прискорення),
  • гравітаційний колапс подвійної системи компактних об'єктів (колосальні прискорення при досить великій масі).
  • При злитті нейтронних зірок гравітаційно-хвильова світність близька до максимально можливої ​​в природі планковской світності [1].

1.1. Гравітаційний колапс подвійної системи

Будь подвійна зірка при обертанні її компонент навколо спільного центру мас втрачає енергію за рахунок випромінювання гравітаційних хвиль, і врешті-решт зливається воєдино. Але для звичайних, некомпактних подвійних зірок цей процес займає дуже довгий час, багато більше справжнього віку Всесвіту. Якщо ж подвійна компактна система складається з пари нейтронних зірок, чорних дір або їх комбінації, то злиття може відбутися за кілька мільйонів років. Спочатку об'єкти зближуються, а їх період обертання зменшується. Проте на завершальному 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.


2. Реєстрація гравітаційних хвиль

Реєстрація гравітаційних хвиль досить складна через слабкість останніх (малого спотворення метрики). Приладами для їх реєстрації є детектори гравітаційних хвиль. Спроби виявлення гравітаційних хвиль робляться з кінця 1960-х років, але на даний момент немає достовірних відомостей про їх безпосередньої реєстрації. Гравітаційні хвилі детектируемой амплітуди народжуються при колапсі подвійного пульсара. Подібні події відбуваються в околицях нашої галактики орієнтовно раз на десятиліття [2].

З іншого боку, загальна теорія відносності пророкує прискорення взаємного обертання подвійних зірок через втрату енергії на випромінювання гравітаційних хвиль, і цей ефект надійно зафіксований в кількох відомих системах подвійних компактних об'єктів (зокрема, пульсарів з компактними компаньйонами). В 1993 "за відкриття нового типу пульсарів, що дало нові можливості у вивченні гравітації" відкривачам перший подвійний пульсара PSR B1913 +16 Расселу Халс і Джозефу Тейлору мл. була присуджена Нобелівська премія з фізики. Таке ж явище зафіксовано ще в кількох випадках: для пульсарів PSR J0737-3039, PSR J0437-4715 і системи подвійних білих карликів RX J0806. Наприклад, відстань між двома компонентами A і B перший подвійний зірки з двох пульсарів PSR J0737-3039 зменшується приблизно на 2,5 дюйма (6,35 см) в день через втрати енергії на гравітаційні хвилі, причому це відбувається в згоді з ОТО [3].

За оцінками, найбільш сильними і досить частими джерелами гравітаційних хвиль для гравітаційних телескопів і антен є катастрофи, пов'язані з колапсами подвійних систем в найближчих галактиках. Очікується, що в найближчому майбутньому на вдосконалених гравітаційних детекторах буде реєструватися кілька подібних подій на рік, що спотворюють метрику в околиці Землі на 10 -21 - 10 -23.

Нашу Всесвіт заповнюють реліктові гравітаційні хвилі, що з'явилися в перші часи після Великого вибуху. Їх реєстрація дозволить отримати інформацію про процеси на початку народження Всесвіту. [1]


Примітки

  1. 1 2 Ліпунов В. М. Гравітаційно-хвильовий небо. / / Соросівський освітній журнал, 2000, № 4, с. 77-83.
  2. LIGO: A Quest for Gravity Waves. - astroguyz.com/2010/03/12/ligo-a-quest-for-gravity-waves / Astro Guyz March 12, 2010
  3. Прес-реліз на сайті "Росинвест". - www.rosinvest.com/news/101052/

Література


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Гравітаційні хвилі (гідродинаміка)
Довжина хвилі
Розсікаючи хвилі
Хвилі де Бройля
Корабельні хвилі
Пружні хвилі
Хвилі в плазмі
Хвилі-вбивці
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru