18 °C

Гравитационните вълни 5 години по-късно. Какво знаем (видео)

Изображение 1 от 2

    На 14 септември 2015 в 09:50:45 UTC (11:51 бълг. време) са засечени за първи път гравитационни вълни от гравитационната обсерватория LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) - от датчиците, разположени в Ливингстън, Луизиана и Ханфорд, Вашингтон, САЩ.

    Регистрираният от детекторите сигнал, наречен "събитие GW150914", съвпада с прогнозите на Общата теория на относителността за сливането на две черни дупки. Първоначално двете дупки са изключително близо една до друга - на разстояние от 350 км (радиусът на Шварцшилд за които е около 210 км). За 0.2 секунди двете въртящи се една около друга черни дупки се сближават поради загубата на енергия на въртене, дължащо се на гравитационното излъчване и се сливат в една по-голяма черна дупка. Едната черна дупка е била 29 пъти масата на Слънцето, а другата - 36 пъти.

    Общата маса на новата черна дупка (62 пъти слънчеви маси) е с около 3 слънчеви маси по-малка от сумата на двете стари, а енергията е била излъчена под формата на гравитационни вълни.

    Анализирайки моментите на пристигане на сигнала (детекторът в Ливингстън записва събитието 7 милисекунди преди детектора в Ханфорд), учените предполагат, че източникът се намира в южното полукълбо на разстояние 410 Mpc (мегапарсека) или 1,3 млрд св. години. 

    Регистрираният сигнал е с честота 35-250 Hz с пик на групата гравитационни вълни h = 1.0 × 10-21. Сигналът отговаря на предвижданията на Общата теория на относителността за сливането на две черни дупки с посочените параметри.

    Сигналът е засечен с много висока надеждност - със стандартно отклонение 5.1σ, съответстващо на един фалшив сигнал за 203 000 години или вероятност за грешка под 0.00005%.

    Проведени са многобройни проверки за фалшив сигнал или умишлена намеса, но констатацията издържа всички проверки.

    Откритието бе обявено на 11 февруари следващата година на вълнуваща пресконференция от учени обсерваторията LIGO. 

    Нобеловата награда за физика 2017 спечелиха трима учени - "за решителен принос към детектора LIGO и наблюдението на гравитационните вълни".

    Вече четири пъти е обявявана регистрацията на гравитационни вълни от сблъсък на черни дупки и веднъж от сблъсък на неутронни звезди.

    Какво се колебае в гравитационните вълни?

    Когато говорим за звукови вълни, ние говорим за колебания на въздушните частици. При гравитационните вълни е по-сложно. Всъщност дори не се колебае самото пространство, а неговата геометрия. В теорията на относителността гравитацията се описва като кривина на пространство. За геометрията в тази теория отговаря метриката: грубо казано, това е нещо, което за всяка точка в пространство-времето приема стойности, написани под формата на симетрична 4 х 4 матрица (4-тензор). Стойностите варират от точка до точка и описват геометрията, а също така се променят и с времето. Колебанията в геометрията означават, че в пространството периодично ще се променят разстоянията между обектите и ъглите им.

    Както другите ни познати вълни (звукови, светлинни), гравитационните вълни се отделят от източник на гравитация (масивно тяло), който се движи с ускорение и свободно се разпространяват в пространството, при което създават изменение, смущение на гравитационното поле в околното пространство. Това са вълнички в тъканта на пространство-времето, защото, както знаем, от Общата теория на относителността на Айнщайн, гравитацията и пространство-времето са неразривно свързани.

    Гравитационната сила, в сравнение с другите фундаментални сили, е изключително слаба (дори дребен магнит може да откъсне малък предмет от гравитацията на огромната Земя). Затова тези вълни са толкова незабележими и ни бяха необходими около 100 години, изключително прецизна апаратура и появата на подводящ източник - сливането на две масивни черни дупки, за да бъдат регистрирани.

    Гравитационните вълни са предсказани от Общата теория на относителността (ОТО)

    Гравитационните вълни са описани в рамките на ОТО от решенията на вълновите уравнения на Айнщайн, представлящи движещи се със скоростта на светлината вълни (смущения) в пространство-времето.

    Амплитудата h на гравитационната вълна е безразмерна величина - тя представлява относителната промяна на разстоянието. Прогнозираните максимални амплитуди на гравитационни вълни от астрофизични обекти, например, двойки масивни системи и събития (експлозии на свръхнови, сливания на неутронни звезди, черни дупки, поглъщане на звезди от последните и т. н.) са изключително малки - h = 10-18 ÷ 10-23.

    Слабата линейна гравитационна вълна според Общата теория на относителността носи енергия и импулс, движейки се със скоростта на светлината и се описва от две независими компоненти, разположени под ъгъл от 45° един един към друг, тоест има две посоки на поляризация.

    Поляризирана гравитационна вълна Ефектът на плюс-поляризирана гравитационна вълна върху пръстен от частици Ефектът на напречно-поляризирана гравитационна вълна върху пръстен от частици.

    Гравитационните вълни могат да се излъчват от двойка въртящи се около общ масов център тела, а излъчването е механизъм за загуба на енергия на такава система.

    Как бяха засечени

    От времето на прогнозата за съществуването на гравитационни вълни на Айнщайн от 1916 г. са правени много опити за наблюдаването им. От средата на 70-те години учените са работили над твърдотелни детектори. Изследователите предполагали, че масивни парчета метал ще резонират с гравитационните вълни, променяйки дължината си и това ще може да бъде регистрирано с достатъчно чувствителни устройства. Но се оказало, че заради прекалено многото смущения, не може да се постигне необходимата чувствителност.

    От 70-те години насам започват да се разработват интерферометрични детектори.

    Двата детектора на LIGO  са разположени в Ливингстън, Луизиана и Ханфорд, Вашингтон. Принципът на действие на LIGO се основава на явлението интерференция. Полупрозрачно диагонално огледало разделя лазерен лъч на два снопа, единият, например, по очакваното развитие на вълната, а другият - в перпендикулярна посока. Тези лъчи се отразяват стотици пъти от поставени едно срещу друго огледала и след това отново се комбинират с помощта на полупрозрачното огледало. При застъпването им, електромагнитните вълни могат да засилят, да намалят или дори напълно да се угасят взаимно в зависимост от фазовата разлика, а тази разлика зависи от дължината на пътя, изминат от всеки лъч.

    Под въздействието на гравитационните вълни, първо едното рамо на устройство ще стане малко по-късо, а другото - по-дълго, след това - обратното. Наблюденията на интерференцията на лъчите позволяват да се забележат малки премествания на огледалата на нищожна част от дължината на лазерната вълна. Установяването на тези промени е доказателство за съществуването на гравитационни вълни.

    По-чувствителният Advanced LIGO или aLIGO, започва да събира данни на 18 септември 2015 година. Новият експеримент използва по-силни и по-добри лазерни огледала в двата детектора. За да се увеличи чувствителността на детектора, оптичната сила на огледалата достига 100 кВт, самите огледала са с тегло 40 кг и са снабдени с допълнителна система за изолация от сеизмичен шум.

    Източник: nauka.offnews

    Facebook коментари

    Коментари в сайта (1)

    • 1
      Пе
      Пешо
      0 0
      07:20, 15 сеп 2020
      "свидетелите на гравитацията" пак не са си пили хапчетата или се тарикатят за пари от бюджета за продължаване на т. Н. изследвания. Не е луд този дето изял зеленика....

    Хороскоп за 27.09.2020

    Хороскоп за Овен

    Овен
    Готовността ви за действие е впечатляваща, предвид обстоятелствата покрай вас. Като начало се убедете, че е във вашите възможности. Не се ангажирайте с прекалено много задачи, това може да ви донесе повече напрежение. Отнесете се с внимание към човек от обкръжението ви, който е добър към вас, а вие му обръщате гръб.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Телец

    Телец
    Времето ще работи за вас и ще стигне за всичко, а задачите ви ще се реализират както ги предвиждате. Обърнете повече внимание на семейството си, напоследък сте твърде заети и пропускате важни моменти. Не бъдете прекалено недоверчиви към направена ви оферта. Откриват ви се възможности, за каквито сте мечтали.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Близнаци

    Близнаци
    Изпълнени сте с ентусиазъм. Контактите с близките ви действат тонизиращо, а разбирането от страна на любимия човек ви кара да забравите проблемите. Действайте, впускайте се в рисковани начинания, успехът е на ваша страна.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Рак

    Рак
    Денят за много от вас ще премине в спокойна обстановка, сред близки или приятели. Други ще използват времето си за професионална подготовка, предстоящи изпити или делови срещи поддържат кондицията и вниманието им будни. Не допускайте дреболии да помрачат настроението ви, погледнете на тях от друг ъгъл и ще ги преодолеете по-лесно.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Лъв

    Лъв
    Ще се почувствате значително по-добре, ако не говорите за всичко онова, което ви тревожи. Не за друго, а защото е възможно да нараните без причинно някой до вас, без от това да спечелите. Вечерта ви ще бъде приятна, но заслуга ще е на някой, който ви обича. Бъдете откровени с него и не крийте отношението си, каквото и да е то.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Дева

    Дева
    Предпочитате да прекарате този ден сред хора, общувайки вместо да си седите у дома. Ще ви се отдаде такава възможност към средата на деня, когато приятен ангажимент ще ви срещне с интересни личности. Можете да научите много и да споделите част от своя опит, което пък ще бъде от полза за събеседниците ви. На някои от вас предстои пътуване по работа.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Везни

    Везни
    Очаква ви интересен ден, изпълнен с положителни емоции. Независимо с какво предпочетете да се занимавате със сигурност ще откривате приятни неща във всяко нещо. Ново запознанство ще въодушеви необвързаните от вас. Личното ви обаяние няма да остане незабелязано от хората около вас. Възможно е да се запалите по нещо ново и вълнуващо.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Скорпион

    Скорпион
    Рутинните задачи ще запълват голяма част от деня ви, но и към тях ще подхождате с нужната отговорност и внимание. Добри перспективи както за вас, така и за близките ви. И с право ще получите дарове за това, което давате. Обадете се на приятели и разпуснете вечерта.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Стрелец

    Стрелец
    Съществуват проблеми, които понякога ви причиняват притеснения. Въпреки, че сте силни, чувствителността ви е изострена и ще приемете случващото се като особено сериозно. Можете да се справите и с по-малък разход на енергия. Бъдете практични и не се колебайте да направите компромис, ако трябва.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Козирог

    Козирог
    В прекрасно настроение сте и с удоволствие и нетърпение пристъпвате към обичайните си занимания. Среща с интересна и привлекателна личност ще направи този ден незабравим. Не пропускайте добрата възможност, която ви се открива. Това може да е началото на стабилна и трайна връзка. Не всеки среща такъв човек, а и скоро едва ли ще ви се отдаде подобна възможност.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Водолей

    Водолей
    Избягвайте промените днес. Домашният уют е препоръчителен и доста здравословен. Вечерта прекарана в дружелюбна приятелска компания е най-удачният завършек на деня. Непредпазлив флирт може да ви създаде неприятности.
    27 сеп 2020

    Хороскоп за Риби

    Риби
    Няма да сгрешите, ако се вслушате в собствените си разсъждения и желания. С добрите си организаторски умения ще трансформирате работата в удоволствие. Някои от вас ще предприемат пътуване до нови и непознати за тях места. Това ще ги зареди с много енергия. Ще изживеете приятни мигове с любимите си хора.
    27 сеп 2020
    Последни новини