Гравитационные волны – все о космосе

10 фантастических возможностей, которые открывают перед людьми гравитационные волны

Много лет назад существование гравитационных волн предсказал Альберт Эйнштейн. 

Примерно через столетие эту рябь в ткани пространства-времени наконец-то сумели обнаружить. 

Но почему этот прорыв в науке настолько важен. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно привести 10 фактов о гравитационных волнах:

1. Возможность путешествия во времени

Гравитационные волны и возможность путешествия во времени.

Поклонники научной фантастики во всем мире пришли в восторг, когда существование гравитационных волн было подтверждено.

Особый повод для радости вызвал тот факт, что частично уравнения специальной теории относительности Эйнштейна, которая основана на существовании гравитационных волн, доказывают возможность путешествий во времени.

Научное сообщество подчеркнуло, что человечество все еще далеко от путешествий во времени, однако если теория верна, то подобное — вопрос времени. 

«Еще есть много, в чем нужно разобраться, – сказал председатель отделения астрофизики Принстонского университета. Но общие уравнения относительности говорят, что частицы отрицательной массы и устойчивые червоточины позволяют путешествовать во времени». Далее он уточнил, что истинное путешествие во времени может все же оказаться вне пределов человеческого понимания.

2. Подтверждение локальности

Гравитационные волны: подтверждение локальности.

Следующим значительным фактом, который подтверждает существование гравитационных волн, является теория локальности. Локальность – это теория в физике, в которой говорится, что на объект влияет только его непосредственное окружение.

Это кажется достаточно очевидным в квантовую эпоху (хотя эксперименты Белла показали, что квантово запутанные частицы нарушают этот принцип), однако в ньютоновские времена было общепризнано, что гравитация ведет себя по-другому.

 

Учение Ньютона о силе тяжести заключалось в том, что последствия изменения массы объекта мгновенно могут вызвать изменения в гравитационной силе во всей Вселенной. С точки зрения эйнштейновской теории, это означало бы, что гравитационные волны движутся быстрее скорости света. 

Ньютон сам с недоверием относился к этой теории, поскольку подобное означало бы, что сила тяжести способна распространяться без такой среды, как воздух.

Существование гравитационных волн доказывает, что Ньютон был прав, усомнившись в собственной идее нелокальности, поскольку гравитационные волны перемещаются через фундаментальные частицы, называемые гравитацией, и они движутся со скоростью света.

3. Близнецы во Вселенной

Гравитационные волны: близнецы во Вселенной.

Объединение двух черных дыр в супермассивную черную дыру – это то, что уже давно теоретизировалось, но никогда не было доказано…

до тех пор, пока пара ученых, вооруженных сверхчувствительным оборудованием не заявили, что такое событие произошло 1,3 миллиарда лет назад.

Без ответа, правда, остался вопрос о том, как эти две черные дыры оказались достаточно близко друг от друга, чтобы слиться. 

Преобладающая теория гласит, что они родились в результате коллапса одной звезды (черные дыры образуются, когда звезда взрывается, превращаясь в сверхновую). Ранее не было доказательств того, может ли одна сверхновая генерировать две черные дыры, но благодаря данным анализа гравитационных волн, можно изучать новые теории, подобные этой.

4. Новый взгляд на Вселенную

Гравитационные волны: новый взгляд на Вселенную.

Теперь, когда человечество может обнаружить гравитационные волны, у ученых есть совершенно новый способ изучения Вселенной. До сих пор способность ученых исследовать, что происходит в глубинах космоса, ограничивалась анализом электромагнитных волн, таких как свет и радиоволны, которые проходят через космос. 

Этот метод анализа ограничен, поскольку черные дыры не излучают свет, и если электромагнитные волны приближаются достаточно близко к черной дыре, они огибают ее. Гравитационные волны невосприимчивы к этой проблеме, и поэтому ученые теперь могут анализировать данные, которые поступают непосредственно из черных дыр.

5. Новые виды оружия

Гравитационные волны: новые виды оружия.

Ни для кого не является секретом, что человечество любит оружие. С каждым новым открытием ученых, один из первых вопросов – «можно ли использовать это открытие в качестве оружия». К счастью, астрофизики быстро указали, что идея использовать гравитационные волны для создания межзвездных кораблей – это абсолютная чушь, равно как и идея превратить их в оружие. 

Но это не помешало Разведывательному управлению Министерства обороны США сформировать комиссию для изучения идеи о том, могут ли высокочастотные гравитационные волны представлять угрозу безопасности США.

6. Более продвинутые LIGO

Гравитационные волны: более продвинутые LIGO.

Сегодня существует новый любимый способ изучать Вселенную, кроме телескопов. Обычные методы изучения космоса включают в себя анализ различных форм электромагнитного излучения при его движении в космосе. Основная проблема использования электромагнитных волн для изучения космоса заключается в том, что они часто искажаются, прежде чем достигают Земли. 

Но это не проблема для гравитационных волн, которые можно обнаружить с помощью лавинного интерферографа в лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваториях (LIGO). В настоящее время для анализа гравитационных волн существует только две обсерватории LIGO. 

Это связано с тем, что они крайне дорогие (к примеру, обслуживание американской LIGO в течение 40 лет будет стоить более 1,1 млрд. долларов), а также их строили в качестве научного эксперимента, основанного на недоказанной теории. С подтверждением существования гравитационных волн правительства будут более охотно тратить деньги на разработку новых и более продвинутых LIGO.

7. Новая технология связи

Гравитационные волны: новая технология связи.

С древних времен электромагнитные волны были предпочтительным средством общения. Люди использовали дымовые сигналы, телефоны и радиоприемники. Электромагнитные волны – отличный способ общения, потому что они распространяются со скоростью света и способны покрывать большие расстояния. 

Единственные недостатки, которые обнаружились при использовании электромагнитных волн для коммуникации, – это то, что они легко поглощаются любым веществом. Гравитационные волны решают эту проблему, потому что они состоят из частиц настолько крошечных, что они проходят через любое вещество без малейших усилий. 

Отсутствие проблемы «прямой видимости» при использовании гравитационных волн значительно сократило бы потребность в периферийных устройствах, таких как спутники и релейные станции, что значительно снизило бы затраты на связь. Единственный недостаток заключается в том, что гравитационные волны очень сложно сгенерировать, а обнаружить их еще сложнее.

8. Различные гравитационные волны

Гравитационные волны: «рябь» в пространстве и времени.

Гравитационные волны, о которых идет речь в этой статье, – «рябь» в пространстве и времени. Они могут распространяться через пустоту космоса со скоростью света.

Также есть понятие гравитационных волн в гидродинамике — это явление, которое возникает в жидкости.

Оно представляет собой разновидность волн на поверхности жидкости, при которых сила тяжести возвращает деформированную поверхность жидкости к состоянию равновесия.

9. Предсказания Эйнштейна

Гравитационные волны: предсказания Эйнштейна.

Сегодня уже общеизвестным является то, что подавляющее большинство предсказаний Эйнштейна оказались правильными. А особенно уникальным при этом является то, что Эйнштейн был почти полностью физиком-теоретиком.

В то время как большинство ученых полагаются на сложные эксперименты, чтобы доказать что-либо, Эйнштейн просто выдвигал теории, которые доказывали другие люди, когда для этого появлялись соответствующие технологии.

 

Впервые предсказания Эйнштейна о кривизне пространства и времени были подтверждены в 1919 году, через 14 лет после публикации его специальной теории относительности. В ней ученый предсказал, что видимый свет от звезд будет изгибаться вокруг Солнца. Астрономы со скептицизмом относились к этому, однако, когда произошло солнечное затмение 1919 года, они увидели это в свои телескопы.

10. Бесполезны для обычного человека

Гравитационные волны: бесполезны для обычного человека.

И самое важное, что нужно знать о гравитационных волнах. Хотя еще одна из теорий Эйнштейна доказала свою верность, в этом абсолютно ничего нового. Ученые убедились, что гравитационные волны существуют на самом деле. 

Но они существовали в течение миллиардов лет до появления человечества и будут существовать после его исчезновения. У ученых действительно есть повод радоваться, но что означают гравитационные волны для среднестатистического человека. Абсолютно ничего.

Источник

Источник: https://vseonauke.com/1472260122995067261/10-fantasticheskih-vozmozhnostej-kotorye-otkryvayut-pered-lyudmi-gravitatsionnye-volny/

Гравитационные волны обнаруживают через век после прогноза Эйнштейна | SPACEPHOTOS.RU | Все о Космосе и Астрономии

Такое эпохальное открытие состоялось благодаря наземной обсерваторией LIGO 14 сентября 2015г. Открытие подтверждает теорию относительности, в которой указывалось на существование такого явления. Таким образом открыт новый метод исследования Вселенной, позволяющий обнаруживать крошечные колебания в космическом пространстве, напоминающие рябь на поверхности озера.

Теория относительности предсказывает, что у пары объектов, вращающихся относительно друг друга, энергия высвобождается через гравитационные волны.

Медленно приближаясь друг к другу (в случае с крупными объектами, такие как черные дыры, сближение может растянуться во времени на миллиарды лет) и увеличивая скорость, объекты сталкиваются, что приводит к образованию одного нового космического тела.

В последние мгновения перед столкновением высвобождается огромное количество энергии, которое может быть теоретически посчитано и достигать до 50% массы обеих небесных тел. Именно эту энергию, которая выражалась в сильном гравитационном возмущении пространства и наблюдала LIGO.

В конкретном случае обнаруженные волны исходили от пары черных дыр за несколько мгновений перед их слиянием. Они по массе в 29 и 36 раз превышали массу нашего Солнца. Событие происходило 1,3 млрд.

лет назад и в результате него родился новый небесный объект массой в 62 раза больше, чем у нашей звезды. Около трех солнечных масс, как и прогнозировалось теорией относительности, превратились в гравитационные волны за считанные доли секунды.

Важно отметить, что такие слияния всегда предсказывались учеными, но никогда не наблюдались.

Благодаря этому открытию человечество получает изумительную возможность по зондированию невидимой стороны Вселенной и событий, которые стали причиной искажения пространства и времени. Зафиксированное столкновение черных дыр и последующий выход гравитационных волн – это первый красивый пример.

О практическом подтверждении существования волн впервые заговорили в 1970-80-ых, когда физики Дж. Хотон Тейлор и Алан Халс обнаружили в 1974 году бинарную систему, в которой пульсар вращался около нейтронной звезды.

Чуть позже они пришли к выводу, что орбита пульсара постепенно уменьшалась из-за высвобождения вещества в виде гравитационных волн.

Читайте также:  Суперлуние - все о космосе

Такое открытие и теоретический расчет гравитационно-волнового возмущения пространства позволило двум физикам стать Нобелевскими лауреатами в 1993 году.

Нынешнее открытие стало первым прямым наблюдением гравитационных волн. LIGO изначально был предложен в 1980-ом, как инструмент их обнаружения.

В рамках проекта построены две обсерватории, удаленные друг от друга на расстояние 3000 км, что позволяет определить месторасположения события, являющегося причиной гравитационных возмущений, а также убедиться, что сигналы исходят из космоса, а не из земного источника.

Источник: http://spacephotos.ru/gravitacionnye-volny-obnaruzhivayut-ch/

“Сможем быстро путешествовать в космосе”. Что такое гравитационные волны, за которые дали Нобеля

Сегодня присудили Нобелевскую премию по физике. Её разделили трое американских учёных – Райнер Вайс, Кип Торн и Бэрри Бариш. Они разработали детектор гравитационных волн и доказали, что эти волны (о чем писал еще Эйнштейн) существуют, они даже измерили их.

Например, когда мы бросаем в воду камень, от него по поверхности расходятся волны. Примерно так же – только в пространстве, точнее, по пространству-времени – бегут гравитационные волны. Сила гравитации по сравнению с другими силами очень слабая.

Была построена специальная детектор-обсерватория, которой удалось зафиксировать слияние двух черных дыр массой в десятки Солнц в миллиарде световых лет от Земли. Это слияние даже можно услышать.

Гравитационные волны могут менять размеры пространства и физических объектов. Так, при помощи лазера исследователи измеряли длину четырехкилометровых тоннелей – под влиянием гравитационных волн они уменьшались и увеличивались. Длина изменялась примерно в пределах одного протона.

О том, почему Нобелевскую премию дали за эксперимент, проведенный всего год назад, Настоящему Времени рассказал доктор физико-математических наук, сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Попов.

— Премию удивительно быстро дали.

Во многом, наверное, это заслуга коллаборации LIGO, потому что они очень серьезно работали над надежностью своих результатов, не спешили с их обнародованием – иначе они могли бы еще в прошлом году, наверное, рассчитывать на премию. Но вот они в хорошем смысле очень консервативно подошли к этому вопросу, и поэтому никаких сомнений в надежности результата ни у кого не было.

— Вообще это интересно – жизнь ученого. Знаете, Сергей, вы когда-нибудь думали об этом: от задумки провести эксперимент до премии, да и практически до эксперимента – 37 лет, почти вся жизнь ученого? Нет, я не прав?

— Да, вы совершенно правы.

— Ой, извините, я неправ, в 70-х годах, то есть 47 лет.

— Строго говоря, даже с конца 60-х начались попытки регистрации, и автор первых экспериментов Вебер уже умер, LIGO начали делать с начала 90-х, поэтому действительно это длинный срок.

Два года назад, как раз прямо перед регистрацией гравитационных волн, мы с режиссером Дмитрием Завильгельским сделали фильм “В ожидании волн и частиц”.

Он целиком посвящен научным задачам, которые отнимают целую жизнь – то есть люди могут всю жизнь искать гравитационные волны, какие-нибудь аксионы, монополи, и так ничего и не найти.

Действительно есть люди, которые потратили жизнь на эти поиски, и на протяжении своей жизни просто не успели это обнаружить.

— Их эксперимент, я сегодня читал – это очень просто эксперимент, его можно… нет, его очень сложно сделать, наверное, но объяснить его простыми словами ужасно легко: полетел луч лазера в одну сторону, вернулся, изменилась его длина, так мы узнали, что пространство сморщивается, и новое правило устройства нашей Вселенной. А зачем мы это узнали?

— Во-первых, это интересно.

— Это да.

— И это очень существенная мотивация. То есть мы хотим узнать, как устроен мир, но и опыт последних 400 лет показывает нам, что чем лучше мы узнаем, как устроен мир, тем лучше мы можем им манипулировать.

У развития науки есть своя логика, и если вы хотите все время новые модели смартфонов, то, удивительным образом, надо развивать и фундаментальную физику, и, скорее всего, не только физику.

Чуть утрируя: если хотите новые виды йогуртов, нужно биотехнологии развивать, а, значит, нужно развивать биологию. И предсказать в этом смысле, что понадобится, что нет – довольно трудно.

То есть не каждое действие к чему-то приводит.

Представьте футбольный матч. Очень часто самым полезным игроком матча оказывается не тот, кто забил. Матч закончился 0:1, люди 90 минут бегали по полю и непонятно чем занимались, делали очень много разных действий, а забили всего один раз. Но ради этого они и делали все эти действия. То есть в этом смысле развитие науки во многом похоже на это.

— Но у меня фантастические теории в голове, и мне же хочется, чтобы вы рассказали, что мы полетим, не полетим. Все время подсознательно мальчишка внутри меня ждет, что сейчас вы расскажете: ну если мы еще немного поработаем, то вы полетите на Альфа Центавра. Это ведь не про это, да?

— Это, по всей видимости, не про это. Но, с другой стороны, у одного из лауреатов сегодняшних, у Кипа Торна, есть фильм, но, как известно, книга всегда лучше. Есть книга “Интерстеллар. Наука за кадром”, где много всего разобрано и по науке, и по каким-то гипотезам более фантастическим, менее фантастическим. Я думаю, что там все собрано, ничего нового я не придумаю.

Действительно изучение свойств гравитации может привести в итоге к каким-то открытиям, которые позволят нам путешествовать в какие-то очень далекие точки космического пространства за короткое время. Но сейчас, конечно, никакого технологического плана по этому поводу нет и быть не может. Пока мы изучаем, как все это работает, и, может быть, сможем использовать. А, может быть, и не сможем.

— У вас есть представление о том, кто достоин Нобелевской премии следующей, или кто мог ее получить в этом году, если бы немножко по-другому легли карты?

— Уже лет 15 у меня устоялся ответ на этот вопрос. Люди, которые внесли основополагающий вклад в первые эксперименты по квантовой телепортации, так и не получили пока свою премию.

— Квантовая телепортация, хотя вот только сейчас им удался, по-моему, самый длинный переход, отправка кванта.

— Да, через космос удалось это сделать. Но вот они так и не получили. С другой стороны, другой замечательный пример, который мне недавно напомнили коллеги: теоретики за бозон Хиггса получили премию, а экспериментаторы, которые его открыли, так и не получили. То есть большой адронный коллайдер еще свою премию не получил, и, в общем-то, они тоже, я думаю, ее ждут.

Источник: https://www.currenttime.tv/a/28771927.html

Ученые объявили об обнаружении гравитационных волн

masterok

Буквально несколько часов назад пришло известие, которое давно ждали в научном мире. Группа ученых из нескольких стран, работающих в составе международного проекта LIGO Scientific Collaboration, заявляют, что при помощи нескольких обсерваторий-детекторов им удалось зафиксировать в лабораторных условиях гравитационные волны.

Они занимаются анализом данных, поступающих с двух лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваторий (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — LIGO), расположенных в штатах Луизиана и Вашингтон в США.

Как говорилось на пресс-конференции проекта LIGO,гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года сначала на одной обсерватории, а затем через 7 миллисекунд на другой.

На основе анализа полученных данных, которым занимались ученые из многих стран, в том числе и из России, было установлено, что гравитационная волна была вызвана столкновением двух черных дыр массой в 29 и 36 раз больше массы Солнца. После этого они слились в одну большую черную дыру.

Это произошло произошло 1,3 миллиарда лет назад. Сигнал пришел к Земле со стороны созвездия Магелланово облако.

Сергей Попов (астрофизик Государственного астрономического института Штернберга МГУ) объяснил, что такое гравитационные волны и почему так важно их измерять.

Современные теории гравитации — это геометрические теории гравитации, более-менее все, начиная с теории относительности. Геометрические свойства пространства влияют на движение тел или таких объектов как световой луч.

И наоборот — распределение энергии (это то же, что и масса в пространстве) влияет на геометрические свойства пространства.

Это очень здорово, потому что это просто визуализировать — вся эта разлинованная в клеточку эластичная плоскость имеет под собой некий физический смысл, хотя, разумеется не так все буквально.

Физики используют слово «метрика». Метрика — это то, что описывает геометрические свойства пространства. И вот у нас с ускорением движутся тела. Самое простое — вращается огурец. Важно, чтобы это был, например, не шарик и не сплюснутый диск.

Легко себе представить, что когда такой огурец крутится на эластичной плоскости, от него побежит рябь. Представьте себе, что вы стоите где-то, и огурец то одним концом к вам повернется, то другим.

Он по-разному влияет на пространство и время, бежит гравитационная волна.

Итак, гравитационная волна — это рябь, бегущая по метрике пространства-времени.

Бусы в космосе

Это фундаментальное свойство наших базовых представлений о том, как устроена гравитация, и люди сто лет хотят это проверить. Хотят убедиться в том, что эффект есть и что он виден в лаборатории. В природе это увидели уже около трех десятков лет назад. Как в быту должны проявлять себя гравитационные волны?

Проще всего это проиллюстрировать так: если бросить в космосе бусы, чтобы они легли кружком, и когда гравитационная волна будет проходить перпендикулярно их плоскости, то они начнут превращаться в эллипс, сжатый то в одну сторону, то в другую. Дело в том, что пространство вокруг них будет возмущено, и они будут это чувствовать.

«Г» на Земле

Примерно такую штуку люди и делают, только не в космосе, а на Земле.

Читайте также:  Созвездия в апреле - все о космосе

На расстоянии четырех километров друг от друга висят зеркала в виде буквы «г» [имеются в виду американские обсерватории LIGO].

Бегают лазерные лучи — это интерферометр, хорошо понятная вещь. Современные технологии позволяют измерить фантастически малый эффект.

Я до сих пор не то чтобы не верю, я верю, но просто в голове не укладывается — смещение зеркал, висящих на расстоянии четырех километров друг от друга составляет меньше, чем размер атомного ядра.

Это мало даже по сравнению с длиной волны этого лазера. В этом и была загвоздка: гравитация — самое слабое взаимодействие, и поэтому смещения очень маленькие.

Понадобилось очень много времени, люди пытались это делать с 1970-х годов, потратили жизнь на поиски гравитационных волн. И сейчас только технические возможности позволяют получить регистрацию гравитационной волны в лабораторных условиях, то есть вот она тут пришла, и зеркала сместились.

Направление

В течение года если все будет хорошо, то в мире будут работать уже три детектора. Три детектора — это очень важно, потому что вот эти штуки очень плохо определяют направление сигнала. Примерно так же как и мы на слух плохо определяем направление источника. «Звук откуда-то справа» — эти детекторы примерно так чувствуют.

Но если стоят поодаль друг от друга три человека, и один слышит звук справа, другой слева, а третий сзади, то мы очень точно можем определить направление звука. Чем больше будет детекторов, чем больше они будут разбросаны по земному шару, тем точнее мы сможем определить направление на источник, и тогда начнется астрономия.

Ведь конечная задача не только подтвердить общую теорию относительности, но и получить новое астрономическое знание. Вот представьте, что есть черная дыра весом в десять масс Солнца. И она сталкивается с другой черной дырой весом в десять масс Солнца. Столкновение происходит на скорости света.

Энергии прорва. Это правда. Ее фантастически много. И ее никак не… Это только рябь пространства и времени. Я бы сказал, что детектирование слияния двух черных дыр на долгое время станет самым надежным подтверждением того, что черные дыры — это примерно такие черные дыры, о которых мы думаем.

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 энергетические из известных; сила гравитационных волн, излучаемых ими, может ненадолго затмить все звезды 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), который можно использовать для измерения массы двух этих объектов. После этого черные дыры обычно сливаются.

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.

Движутся ли гравитационные волны со скоростью света?

Когда ученые начинают сравнивать наблюдения 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, как у фотонов, у этих частиц нет массы, 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 LIGO).

Вполне возможно, впрочем, что гравитоны обладают небольшой массой, а значит, гравитационные волны будут двигаться со скоростью меньше световой. Так что, например, если LIGO и Virgo 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 LIGO или Virgo.

Могут ли нейтронные звезды быть неровными?

Нейтронные звезды — это остатки больших звезд, которые коллапсировали под собственным весом и стали настолько плотными, что электроны и протоны начали плавиться в нейтроны. Ученые плохо понимают физику нейтронных дыр, но гравитационные волны могли бы многое о них рассказать.

К примеру, интенсивная гравитация на их поверхности 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, эти звезды движутся по спирали и в конечном счете сливаются с характерным звуком. Но его специфика отличается от специфики звука 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 типа II.

Моделирование таких сверхновых 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 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.

[источники]

источники

http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160211_gravitational_waves

http://cont.ws/post/199519

Вот тут мы как то выясняли Что такое черная дыра, а вот что такое Реликтовые гравитационные волны и Теория струн для «чайников». Посмотрите еще как выглядит Поглощение газового облака сверхмассивной черной дырой Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия – http://infoglaz.ru/?p=88624

Источник: https://masterok.livejournal.com/2767744.html

Сенсация от астрофизиков

В настоящее время все с нетерпением ждут объявления о каком-то значимом открытии астрофизиков касательно волн гравитации.

Дело здесь в том, что уже в следующий понедельник, 16 октября, астрофизиками, применяющими телескопы гравитационного типа «LIGO» и «Virgo», вместе с их коллегами из 70 прочих мировых обсерваторий будет сделано сенсационное объявление о каком-то значимом открытии в области гравитационно-волновой астрономии. Тут говорится о неком новом методе исследования Вселенной. Благодаря данному методу в кратчайшие сроки, а именно с начала работы в 2015 году после обновления установки, предназначенной для детектирования волн гравитации «LIGO», зафиксировали порядка четырёх случаев возмущений, возникших вследствие соединения пар чёрных дыр. Однако, суть открытия учёными пока не раскрывается публично, но мы постараемся поведать о том, что примерно скажут в понедельник.

Астрофизика в последнее время наводит на мысли о начальных страницах книги о знаменитом Гарри Поттере, где днями по городу летают совы, люди, одетые в необычайные одежды, перешёптываются с возбуждённым тоном, однако, никто публично вслух не рассказывает о важных вещах, а «непосвящённым» магглам приходится лишь строить догадки о том, что же происходит в их мире.

Учёный мир пребывает в предвкушении чего-то грандиозного.

Когда же объявят о каком-то новом интригующем всех открытии касательно гравитационных волн? Что представляет собой это открытие? Астрономы и физики сохраняют молчание, а обывателям приходится так же строить догадки, как «магглы».

А ведь в разных концах планеты почему-то именно в одно и то же время намечается сразу несколько значимых для науки конференций. В Москве таких планируется провести даже две.

И вправду, остаётся лишь догадываться. Но можно предположить, например, что учёные сумели заметить волны гравитации, возникшие вследствие соединения двух звёзд нейтронного типа, расположенных примерно в 130 млн. световых лет от нас. В то же время вспышку заметили не только в данных волнах, но также в оптике и в гамма-диапазоне.

Читайте также:  Метеорный поток геминиды - все о космосе

Что же представляют собой волны гравитации?

Любое из тел, имеющих массу и двигающихся с переменным ускорением, способно к созданию волн гравитационного типа, представляющих собой своего рода возмущения пространства и времени. Предсказания об их существовании были зафиксированы ещё в 1916 года.

О них заговорил тогда известный всем учёный Альберт Эйнштейн.

Как раз его общая теория относительности и описывает, что гравитация является неким взаимодействием четырёхмерного пространства-времени с любыми полями и телами, от «искажений» которого как раз и возникают такие волны.

Хоть и в качестве источника такой волны может выступать любое тело, лишь спустя век после Эйнштейна наука сумела прийти к созданию достаточно чувствительных приборов, предназначенных для измерения волн. Таким образом выяснили, что мощнейшие волны, к примеру, возникшие в результате соединения черных дыр, как раз и способствуют возникновению смещения в сотни раз меньше, чем протонный диаметр.

Гипотетическим квантом таких волн принято называть ныне пока не выявленную частицу, названную гравитоном. Согласно предсказаниям теории, такая частица должна иметь спин 2 и два различных направления поляризации спина.

Вначале было несколько концепций, пытающихся описать гравитон. Некоторые из них даже утверждали, что эта частица имеет свою массу.

Но совместить квантовую теорию с общей теорией относительности весьма сложно, так что разработка квантовой теории гравитации пока не осуществилась.

В первый раз такие волны были зафиксированы в 2015 году посредством детекторов «LIGO». Ныне же функционируют 3 детектора, 2 из которых находятся в США, а третий – в Италии. Посредством этих устройств уже четыре раза учёные сумели заметить волны гравитационного типа, и всегда в качестве источника их возникновения выступало соединение черных массивных дыр.

Сергей Попов, являющийся астрономом из Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, автором книги о звёздах нейтронного типа «Суперобъекты», согласился поведать о том, что возможно увидеть при наблюдении гравитационных волн, возникших от слияния нейтронных звёзд, и по какой причине учёным не терпится узнать об открытии, о котором планируют объявить в понедельник.

Для каких целей хотят поймать волны гравитационного типа?

Попов высказался об этом, что изучение таких волн даёт много всего понять касательно самой гравитационной силе. Он привёл пример, что им удалось понять, что по скорости распространения они сравнимы со светом, что говорит о несостоятельности теории гравитации с тяжёлыми гравитонами. Он пояснил, что у прочих альтернатив общей теории относительности область параметров будет всё уже и уже.

В итоге, как говорит Попов, знания о гравитационных волнах дадут много интересной информации касательно чёрных дыр, о свойствах областей, находящихся рядом с ними, и гравитационной теории в целом.

Что мы ещё не знаем о чёрных дырах? О чём нам не говорят гравитационные волны?

Попов отметил, что история такой науки, как гравитационная астрономия, только на заре своей деятельности, и он уверяет, что в будущем учёные добьются не одной Нобелевской премии за свои научные заслуги касательно данных о происхождении и природе чёрных дыр и самой гравитационной силе. Он добавил, что здесь говорится именно о премиальных наградах, которых могут быть удостоены люди, осуществляющие работу с гравитационно-волновыми детекторами.

Попов пояснил, что при удачном исходе и при слиянии чёрных дыр на достаточно близком расстоянии от нас, а именно в 500 млн.

световых лет, а также при достаточной чувствительности гравитационных телескопов можно будет запечатлеть эффект отражения волны гравитационного типа от горизонта событий чёрной дыры, а по таким отражённым сигналам уже видно будет, какие процессы протекают в зоне у границы, что ныне пока совсем недоступна для наблюдений.

Сергеем было заявлено, что, можно сказать, это как раз и окажется настоящим открытием чёрных дыр, а до этого мы всего лишь приводим косвенные свидетельства их существования, хоть они и весьма убедительны. Здесь же, как заметил астроном, есть возможность доказать существование там горизонта событий.

Согласно Попову, наиболее примечательное здесь явление – это сигнал после соединения чёрных дыр, в момент «дрожания» горизонта новой чёрной дыры и излучения волн гравитации, а именно по этому дрожанию можно будет уже подтверждать, либо же отрицать ту или иную теорию касательно устройства чёрных дыр, а это уже достойно даже Нобелевской премии.

При подтверждении гипотезы о происхождении волн гравитации вследствие соединения нейтронных звёзд что станет известно об этих волнах?

Попов начал свой ответ на этот вопрос со слов о том, что в случае такого происхождения волн даже, не наблюдая это явление через оптику и прочие диапазоны, появится возможность провести высокоточное измерение их массы и радиусов.

Он отметил, что это настолько таинственно для ядерной физики, что можно назвать это «святым Граалем», так как всё ещё неизвестно, как устроены внутри звёзды нейтронного типа и из чего эти тела состоят, ведь на протяжение последних десятков лет теоретиками была создана куча моделей, говорящих о внутреннем строении этих объектов, но каждая из таких моделей лишь внешне согласуется в плане определённых значений массы и радиусов, и лишь 10 процентов отклонений достаточно, чтобы радикальным образом изменить видения о происходящих в этих звёздах процессах.

Учёным было замечено, что эта ситуация сравнима с известной историей о короне и Архимеде, ведь в чём разница, если показатель плотности металла короны будет равняться 19,3 г/см2 или же 17,3? Однако, как добавил он, разница в том, что в первом варианте корона изготовлена из чистого золота, а во втором же – всего лишь из сплава, а царю зависимо от точности измерений можно кому-то отрубать голову.

Таким же образом, как продолжил учёный, астрофизикам и требуется знание о том, из чего же состоит нейтронная звезда: нейтроны и протоны ли там, в её основе, или же гипероны, пионы, кварковые звёзды и многое другое, то есть им необходимо определить требуемую точку на графике, а мы же узнаем о происходящих в звезде процессах на основании того, где будет находиться как раз эта точка.

Так что, как завершил свой ответ на вышеприведённый вопрос астрофизик Попов, это как раз является одной из задач, для которых и создаются коллайдер «NICA» в Дубне и ускоритель «FAIR» в Германии, а это весьма значимо для физики, и если науке удастся измерить слияние нейтронных звёзд гравитационно-волновым методом, то все необходимые результаты учёные получат с требуемой точностью.

Что заметят учёные при добавлении к результатам детекторов ещё и результатов наблюдений в гамма-диапазоне и в оптике?

Здесь учёный высказался, что при одновременном с волнами гравитации видении вспышки в оптике, гамма и рентгене учёные получат интересные данные, способные помочь в исследовательской работе касательно синтезирования тяжёлых элементов во Вселенной.

Как он продолжил, прежде думали, что главным источником здесь являются взрывные процессы сверхновых, однако, приблизительно десяток лет назад были получены сведения, которые позволили заявить, что значимо на формирование волн влияют как раз слияния звёзд нейтронного типа, хоть и подобные слияния бывают приблизительно в 1 тыс. раз меньше, нежели взрывы сверхновых.

В процессе слияния таких звёзд эффективность синтезирования тяжёлых ядер намного повышается, так как здесь в дело вступает некий r-процесс, говорит Попов.

Также он добавил, что ещё при вспышке сверхновой весьма огромная часть вещества просто-напросто падает обратно, а в случае со звёздами нейтронного типа выброс вещества даёт начало ещё до главных этапов процесса слияния.

Учёным сказано, что именно действие гравитационной силы словно «кривит» их, и приблизительно десяток процентов вещества выбрасывается наружу.

Попов пояснил, что килоновые, так называемые транзиенты, выбрасывающиеся в результате процесса соединения звёзд нейтронного типа, и не следует путать их со сверхновыми.

Он объяснил, что при этом также наблюдается выброс того или иного количества тяжёлых элементов, распадающихся и подсвечивающих туманность в своём окружении, а килоновые уже были замечены не раз в результате коротких гамма-всплесков.

Сергей объяснил, что это всего лишь модели, а их ведь требуется подтвердить при помощи наблюдений, и, вероятнее всего, эти потоки информации от гаммы, оптики и волн гравитации могут дать возможность более подробного понимания процессов и успешного продвижения модели нуклеосинтеза. Тогда, как он говорит, будет в точности уже известно, откуда во Вселенной возникает золото и прочие тяжёлые металлы.

Весьма существенной проблемой для такой науки, как ядерная физика, как заметил Попов, является предельная масса звезды нейтронного типа, ведь, если выяснить её массу, будет известно, сколько её она может набрать, при этом не коллапсируя чёрную дыру, к примеру, учёные смогут запечатлеть, что был образован некий объект, имеющий массу в 2,2 солнечной массы, а коллапса при этом не случилось, а в другом же случае учёные увидят 2,3 солнечной массы, но при этом коллапс произойдёт, и это в итоге будеть свидетельствовать, что можно проводить границу, что поможет в решении вопроса касательно поведения вещества при большой плотности.

Таким образом, мы в этой статье оповестили о заявлениях, знаниях и мнении астрофизика Сергея Попова касательно возникновения гравитационных волн и всего, что с ними связано. Теперь всё же остаётся ждать, о чём же в понедельник будет заявлено учёными. Этот вопрос заинтриговал почему-то многих других учёных мира.

Судя по всему, сделано некое грандиозное открытие, и только 16 октября об этом узнают более подробно обыватели, а не только учёные, которые и сами заинтригованы. Что сказать… Посмотрим, увидим, о чём будет речь.

Здесь же мы предварительно решили открыть этот вопрос, опираясь на заявления одного из учёных, так что надеемся, что информация была полезной для любителей почитать большие статьи на космическую тему.

Источник: http://mirkosmosa.ru/nepoznannoe/zagadki/sensaciya-ot-astrofizikov

Ссылка на основную публикацию