Шесть вопросов, на которые могут ответить гравитационные волны

19 137 просмотров
Об авторе

Нейтронная звезда

О первом прямом обнаружении гравитационных волн, как ожидают, будет заявлено 11 февраля учеными обсерватории LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Используя два гигантских детектора LIGO — 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, похоже, наконец нашли, что искали.

Такое заявление подтвердило бы предсказанные еще Альбертом Эйнштейном гравитационные волны, которые он 100 лет назад сделал частью своей общей теории относительности, но на этом последствия не закончатся. Будучи вибрацией ткани пространства-времени, гравитационные волны часто сравниваются со звуком, их даже преобразовывали в звуковые дорожки. Гравитационно-волновые телескопы позволили бы ученым «слышать» явления так же, как световые телескопы их «видят».

Когда LIGO боролась за финансирование американским правительством в начале 1990-х, ее основными соперниками на слушаниях в Конгрессе были астрономы. «Тогда считали, что LIGO не имеет ничего общего с астрономией», — говорит Клиффорд Вилл, теоретик ОТО в Университете Флориды в Гейнсвилле, один из первых сторонников 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 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.

«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 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.

Нейтронная звезда

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.

Коллапс

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.

Шесть вопросов, на которые могут ответить гравитационные волны

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

42 комментария

  1. matva

    Интересно... Вот только пытаются установить, опять же, взаимосвязь со скоростью света... И даже не рассматривают возможность, что "гравитационные волны" (я бы просто назвал гравитация) не распространяются с какой-либо скоростью, а есть и изменяются мгновенно... Опять к этой теории Эйнштейна хотят притянуть всё и вся. ИХМО. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • SpectreForce

      Дело не только в ОТО. Они ведь также пытаются найти мифические гравитоны, в существование которых, лично я, не верю. А любые частицы в нашей Вселенной не могут двигаться быстрее скорости света, иначе будет нарушаться причинно-следственная связь, чего быть не может.

      • matva

        Да, но гравитация то не движется! Предположим:
        факт - любая частица обладающая массой обладает гравитацией. Правильно? Идём дальше. Все (абсолютно все) частицы были "рождены" в одном месте: точка сингулярности, даже пусть когда уже произошло расширение вселенной, все-равно это можно приравнять, т.к. по сравнению с теперешними размерами вселенной это будет все-равно что точка. И? Поскольку частицы уже тогда были, обладали гравитацией, то при расширении вселенной расширялАсь (нет не так), расширялОсь воздействие гравитации каждой отдельно взятой частицы. Куда бы её не переносили, а гравитация от неё всегда(!) оставалась неизменной. Или я не прав в логическом рассуждении? Если прав, то какие волны? Какие гравитоны? И как нарушается причинно-следственная часть в таком случае? Если есть частицы - да должны соответствовать "стандартам"... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • Viamo

        Каким боком превышение скорости света нарушает причинно-следственную связь? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • SpectreForce

          Теоретически, при сверхсветовой скорости путешествуешь назад во времени.

          • Viamo

            Это все сказки. Подумайте сами, если я доберусь до звезды на расстояние 2 световых года всего за год, то я попаду в прошлое? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • Viamo

            Вот если бы я добрался быстрее, чем мгновенно, то да (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • 3DPascal

            То что было не вернуть, объекты изменились по отношению к друг другу, а это и есть время. Можно путешествовать только в будущее, что мы и делаем каждый прожитый миг. Если нужно переместиться в будущее например на 100 лет, то нужно изобрести криозаморозку. Мы также можем частично вернуться в прошлое, например расположить объекты в квартире по фотографии. Посмотреть те же фотографии или видео.

          • loijeje

            Вся внутренняч динамика вещества перераспределяется в вектор скорости-С из за этого невозможна его эволюция.А время это мистика.

      • Yevy

        "Не верю", "не может быть" - это, конечно, достойные научные аргументы... Почему гравитоны - мифические? Любое взаимодействие осуществляется квантами энергии, которые также можно интерпретировать, как частицы. Фотон - квант электромагнитного излучения. Гравитон - гравитационного. Это чисто математические понятия. В квантовом мире вообще нет объектов в привычной нам форме. Летающие шарики - это популяризаторская условность.

        • SpectreForce

          Мифические потому, что до сих пор никто их так и не обнаружил. К тому же фотон - это энергия, да, а гравитон? Тоже? Или же гравитация - это искривление пространства? Вы уж как-нибудь определитесь.

          • Yevy

            Так фотон это энергия, частица или волна электромагнитого поля? Вы уж как-нибудь определитесь! Это всего лишь формы представления взаимодействий. На искривление пространства-времени тоже нужна энергия, которую можно представить волнами, которую можно квантовать, а кванты назвать гравитонами.

            • SpectreForce

              Шепну, по секрету, всё в нашем мире является энергией.

              • Yevy

                Я в курсе. Так и в чем проблема с тем, как называть кванты ее разных форм? И почему поиск мифических гравитонов вызывает у вас такой негатив? Все частицы были мифическими до того как их обнаружили, и кто-то в них не верил. Может, найдут, может нет - и то и другое научный результат.

  2. tabasko

    Круто! Мы оказывается все издаём неслышимый звук вот бы научится слышать гравитацию, и устроить тусовку астрономического масштаба. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  3. Ludvig.Eder

    Тема не раскрыта. Что курили ученые и журналист которые это засовывают в наш мозг ? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. mokr

    в некоторых средах свет распространяется медленнее физических обьектов

    • Froren

      Не путай людей, если сам не разобрался. Свет внутри материала относительно атомов материала летит со скоростью света.

    • SpectreForce

      Фотоны внутри вещества летят не по прямой, из-за этого задержка. Не могу найти картинку, чтоб ты понял. Короче, представь атомы вещества и движущийся фотон, который отскакивает от одного атома к другому под углом.

  5. CHLEN-BERLEN

    Основной вопрос зачем ...?

  6. Aldo

    Хель, хоть меня и забанили после едкого коммента в твою сторону, но судя по последним статьям критика тебе только на пользу ) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • Jr

      А за что забанили?
      Ответил на седьмой вопрос в этой теме?
      Сказал что хохляндия - крупнеышй производитель прости... на планете?
      А раша - быдлостан? ))))))))))))
      узбеклярим - чё-на, ушипки чурко-муслимские?
      недумаю что нужно забанить за это, ведь это правда которую все знают без этого сайта...

  7. azgarus

    у меня есть некомпетентное предположение что эти волны есть изменения плотности потока темной материи или энергии ))

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.