Гравітацыйная хваля

Гравітацыйная хваля — адхіленне гравітацыйнага поля, «рабізна» тканіны прасторы-часу, якая распаўсюджваецца з скорасцю святлаЗ-за эфекту нелінейнасці гравітацыі гравітацыйныя хвалі ў прынцыпе могуць распаўсюджвацца і з меншай скорасцю.. Гравітацыйныя хвалі прадказваюцца агульнай тэорыяй адноснасці (АТА) і многімі іншымі тэорыямі гравітацыі, але з прычыны іх надзвычайнай слабасці не былі зарэгістраваныя напрамую да 14 верасня 2015 годаИгорь Иванов. Гравитационные волны — открыты! // «Элементы.ру».. Тым не менш ускосныя сведчанні іх існавання досыць важкія — АТА прадказвае тэмпы збліжэння цесных сістэм падвойных зорак, якія супадаюць з назіраннямі, за кошт страты энергіі на выпраменьванне гравітацыйных хваль.

У рамках АТА гравітацыйныя хвалі апісваюцца рашэннямі ўраўненняў Эйнштэйна хвалевага тыпу, якія прадстаўляюць сабой узбурэнне метрыкі прасторы-часу, якое рухаецца са скорасцю святла. Праявай гэтага ўзбурэння павінна быць, у прыватнасці, перыядычная змена адлегласці паміж двума свабодна падаючымі (гэта значыць тымі, што не адчуваюць ўплыву ніякіх сіл) пробнымі масамі. Амплітудай гравітацыйнай хвалі з’яўляецца безразмерная велічыня — адноснае змяненне адлегласці. Прадказваць максімальныя амплітуды гравітацыйных хваль ад астрафізічных аб’ектаў (напрыклад, кампактных падвойных сістэм) і з’яў (выбухаў звышновых, зліццяў нейтронных зорак, захопаў зорак чорнымі дзіркамі і т. п.) пры вымярэннях ў Сонечнай сістэме вельмі малыя (=10−18—10−23). Слабая (лінейная) гравітацыйная хваля згодна з агульнай тэорыяй адноснасці з’яўляецца папярочнай, квадрупольнай і апісваецца двума незалежнымі кампанентамі, размешчанымі пад вуглом 45° адзін да аднаго (мае два напрамкі палярызацыі).

За эксперыментальнае выяўленне гравітацыйных хваль была прысуджана Нобелеўская прэмія па фізіцы 2017 года.

Генерацыя гравітацыйных хваль

Гравітацыйную хвалю выпраменьвае любая матэрыя, якая рухаецца паскорана. Для ўзнікнення хвалі істотнай амплітуды неабходныя надзвычайна вялікая маса выпраменьвальніка ці/і велізарныя паскарэнні, амплітуда гравітацыйнай хвалі прама прапарцыянальная паскарэнню і масе генератара, гэта значыць ~ . Аднак калі некаторы аб’ект рухаецца паскорана, то гэта азначае, што на яго дзейнічае некаторая сіла з боку іншага аб’екта. У сваю чаргу, гэты іншы аб’ект адчувае адваротнае дзеянне (па 3-му закону Ньютана), пры гэтым аказваецца, што 11 = −22. Атрымліваецца, што два аб’екты выпраменьваюць гравітацыйныя хвалі толькі ў пары, прычым у выніку інтэрферэнцыі яны істотна ўзаемна гасяцца. Таму гравітацыйнае выпраменьванне ў агульнай тэорыі адноснасці заўсёды носіць па мультыпольнасці характар як мінімум квадрупольнага выпраменьвання. Акрамя таго для нерэлятывісцкіх выпраменьвальнікаў ў выразе для інтэнсіўнасці выпраменьвання маецца малы параметр ( — характэрны памер выпраменьвальніка,  — характэрны перыяд руху выпраменьвальніка,  — скорасць святла ў вакууме).

Для Сонечнай сістэмы, напрыклад, найбольшае гравітацыйнае выпраменьванне вырабляе падсістэма Сонца і Юпітэра. Магутнасць гэтага выпраменьвання прыкладна 5 кілават, такім чынам, энергія, якую губляе Сонечная сістэма на гравітацыйнае выпраменьванне за год, зусім мізэрная ў параўнанні з характэрнай кінетычнай энергіяй цел.

Найбольш моцнымі крыніцамі гравітацыйных хваль з’яўляюцца:

галактыкі, якія сутыкаюцца (гіганцкія масы, невялікія паскарэнні), гравітацыйны калапс падвойных сістэмы кампактных аб’ектаў (каласальныя паскарэнні пры даволі вялікай масе). Як прыватны і найбольш цікавы выпадак — гэта зліццё нейтронных зорак. У такой сістэмы гравітацыйна-хвалевая свяцільнасць блізкая да максімальна магчымай у прыродзе планкаўскай свяцільнасціЛипунов В. М. Гравитационно-волновое небо. // Соросовский образовательный журнал, 2000, № 4, с. 77-83..

Гравітацыйны калапс падвойнай сістэмы

Любая падвойная зорка пры кручэнні яе кампанент вакол агульнага цэнтра мас губляе энергію за кошт выпраменьвання гравітацыйных хваль, і ў рэшце рэшт зліваецца разам. Але для звычайных, некампактных падвойных зорак гэты працэс займае вельмі доўгі час, шмат большы сапраўднага ўзросту Сусвету. Калі ж падвойная кампактная сістэма складаецца з пары нейтронных зорак, чорных дзірак або іх камбінацыі, то зліццё можа адбыцца за некалькі мільёнаў гадоў. Спачатку аб’екты збліжаюцца, а іх перыяд абароту памяншаецца. Аднак на заключным этапе адбываецца сутыкненне і несіметрычны гравітацыйны калапс. Гэты працэс доўжыцца долі секунды, і за гэты час у гравітацыйнае выпраменьванне сыходзіць энергія, якая складае па некаторых ацэнках больш за 50 % ад масы сістэмы.

Гл. таксама

Гравітон Гравітацыйны тэлескоп Скорасць гравітацыі

Літаратура

Мизнер, К. Торн, Уиллер Гравитация. Глава 34. Чернов А. С. Феноменологический подход в образовательной деятельности, Воронеж, Изд. ВОИПКиПРО, 2009 г. Липунов В. М. В мире двойных звезд. М.: Наука, 1986. Липунов В. М. Все нейтронные звезды. М.: Просвещение, 1989. Липунов В. М. Искусственная Вселенная // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 6. С. 82-89. Липунов В. М. Военная тайна астрофизики // Соросовский Образовательный Журнал. № 5. С. 83-89. Черепащук А. М. Черные дыры в двойных звездных системах // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 3. С. 87-93. Шакура Н. И. Нейтронные звезды и черные дыры в двойных звездных системах. М.: Знание, 1976. Шкловский И. С. Звезды, их рождение, жизнь и смерть. М.: Наука, 1984.

Спасылкі

Игорь Иванов. Гравитационные волны — открыты! // «Элементы.ру». Константин Постнов. Гравитационные волны: история изучения и открытие LIGO // ЧаВо, «Постнаука.ру». Гравитационно-волновая астрономия: в ожидании первого зарегистрированного источника. Обзор в УФН. Статья о гравитационном излучении Популярный обзор на начало 2007 г. Итоги обработки данных LIGO S3 в проекте Einstein@Home Дэтэктар гравітацыйных хваль хвалі. Перадача А. Гардона В поисках гравитационных волн. Проект LIGO Поиск гравитационный волн

Катэгорыя:Рэлятывісцкія і гравітацыйныя з’явы Катэгорыя:Гравітацыя Катэгорыя:Хвалі