Декорація

Гравітаційні хвилі Всесвіту

Гравітаційні хвилі Всесвіту (Малюнок 1)

Всього фотографій: 6   [ Вид ]

У фізиці гравітаційні хвилі відносяться до пульсацій в кривизні простору-часу, які поширюються назовні від джерела випромінювання у вигляді хвиль, які передають енергію у вигляді гравітаційного випромінювання. У 1916 році Ейнштейн передбачив існування гравітаційних хвиль на основі загальної теорії відносності. Існування гравітаційних хвиль є результатом Лоренцової інваріантності загальної теорії відносності, оскільки воно вводить поняття обмеженої швидкості поширення взаємодії. На відміну від них, гравітаційні хвилі не можуть існувати в класичній теорії тяжіння Ньютона, оскільки класична теорія Ньютона припускає, що взаємодія і поширення речовини мають нескінченну швидкість.

У загальній теорії відносності Ейнштейна гравітація вважається ефектом кривизни часу і простору. Цей вигин обумовлений наявністю маси. Взагалі кажучи, в даному об'ємі, чим більша маса, що міститься, тим більша кривизна простору-часу, спричинена на межі цього об'єму. Коли масовий об’єкт рухається в просторі та часі, зміна кривизни відображає зміну положення цих об’єктів. За певних обставин прискорювані об'єкти можуть змінити цю кривизну і поширюватися назовні у вигляді хвиль зі швидкістю світла. Цей вид явища поширення називається гравітаційною хвилею, і його також можна зрозуміти так: сила тяжіння, що створюється масивним небесним тілом, впливає на небесні тіла, менші за нього в певному діапазоні, змушуючи їх виробляти негативне прискорення, а кривизна, утворена їх траєкторія Феномен збільшення і вивільнення енергії. Похідне від закону Кеплера: швидкість руху об'єкта обернено пропорційна кривизні, утвореній його траєкторією.

Тож у нашому Всесвіті, які небесні тіла можуть струшуватись і створювати гравітаційні хвилі, що піддаються виявленню? Зазвичай вважається, що існує таке:

(1) Спіральна або злита компактна двійкова система зірок. Наприклад, двійкова зіркова система нейтронних зірок або чорних дір.

(2) Швидко обертаються щільні небесні тіла. Цей тип небесного тіла втратить кутовий імпульс завдяки періодичному випромінюванню гравітаційної хвилі, і його сила сигналу буде зростати із збільшенням ступеня асиметрії. Можливі кандидати включають асиметричні нейтронні зірки тощо.

(3) Випадковий гравітаційний фон хвилі. Це дуже схоже на космічне фонове випромінювання, з яким ми зазвичай знайомі. Цей тип фонової гравітаційної хвилі, який також зазвичай називають первісною гравітаційною хвилею, є пережитком раннього Всесвіту, коли він надувався.

(4) Вибухають сплески наднових чи гамма-променів. Динаміка асиметрії зірки вибухає також може створювати гравітаційні хвилі. Безпосереднє виявлення гравітаційних хвиль від цих небесних тіл забезпечить найбільш пряму та внутрішню інформацію про ці небесні тіла.

(5) У деяких галактиках буде дві чорні діри. Це дуже схоже на подвійну чорну діру у формі зірки, виявлену LIGO. Коли дві подвійні чорні діри обертаються і нарешті зливаються, вони також генеруватимуть сильні гравітаційні хвилі.

Будуються або експлуатуються різноманітні детектори гравітаційних хвиль, такі як вдосконалений LIGO, який працює з вересня 2015 року. Можливі джерела виявлення гравітаційних хвиль включають компактні двійкові зоряні системи (білі карлики, нейтронні зірки та чорні діри). 11 лютого 2016 року Організація наукового співробітництва LIGO та команда Діви оголосили, що вперше використали вдосконалені детектори LIGO для виявлення сигналів гравітаційних хвиль від злиття двох чорних дір. Рано вранці 16 червня 2016 року команда співпраці LIGO оголосила: 26 грудня 2015 року два детектори гравітаційних хвиль, розташовані в окрузі Ханфорд США та Лівінгстоні, штат Луїзіана, одночасно виявили сигнал гравітаційної хвилі; це другий сигнал гравітаційної хвилі, виявлений людиною після першого сигналу гравітаційної хвилі, виявлений LIGO 14 вересня 2015 року. 16 жовтня 2017 року вчені з багатьох країн світу одночасно провели прес-конференцію, оголосивши, що вперше люди безпосередньо виявили гравітаційні хвилі від злиття двійкових нейтронних зірок і "побачивши" електромагнітні сигнали, що їх випромінює видовищна космічна подія одночасно.