24 °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 29.09.2020

    Хороскоп за Овен

    Овен
    С подходящи аргументи и с приветливо поведение ще впечатлявате аудиторията, без да се натоварвате емоционално. Добрите познания, опит и ерудиция ще ви позволят да предвидите точните ходове, откривайки добри перспективи за себе си. С доказаните си качества ще привличате интереса към себе си и ще получите интересно предложение.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Телец

    Телец
    Има реална опасност да разпилеете енергията си за дреболии. Може би си поставяте прекалено много задачи. Ориентирайте се към практичната страна на нещата и си дайте сметка доколко плановете ви са приложими. Заемете се с най-лесно изпълнимите и ще останете удовлетворени. Помислете за предстоящо начинание.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Близнаци

    Близнаци
    Някои от вас недооценяват подкрепата, която ви се предлага. Колкото по-рано установите предимствата, толкова по-добре за вас. Не допускайте неловка ситуация да промени намеренията ви. Момента е подходящ за действия и не спирайте да сте активни. Здравословните ви проблеми вече отшумяват и това е достатъчен мотив да се отдадете на желанията си.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Рак

    Рак
    Благоприятен ден за тези, които се занимават с бизнес. Контактите ви днес ще са ползотворни, ако успеете да бъдете едновременно убедителни и дипломатични. Не пренебрегвайте деловите си ангажименти, имате добри шансове за постигане на нещо значимо. Опитайте се да релаксирате вечерта.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Лъв

    Лъв
    Трудолюбието и позитивното ви мислене ще запазят тенденцията на добрите развития около вас. Държанието ви се възприема добре и това е възможност да наложите идеите си, стига те да са в полза на повече хора. Не позволявайте лошото настроение на околните да ви влияе негативно.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Дева

    Дева
    Време е да наложите ред в мислите си, хаоса, който ви владее ви причинява щети. Започване на нова работа е сред приоритетите, но има и друго, което бихте желали да реализирате. Пътуване или събитие, свързано със семейството ще провокира у вас по-вълнуващи емоции. Не пренебрегвайте хората до себе си, с чиято любов и подкрепа ще стигнете далече.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Везни

    Везни
    Вътрешен порив ще ви кара да търсите близостта на хора, които до сега са стояли в периферията на контактите ви. Нечии чувства ще ви покажат, че сте желани и значими за някого. Безспорно щастието ще ви озари, но няма да пренебрегнете бизнеса си. Нови идеи ще ви помогнат да се разгърнете и успеете в начинанията си.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Скорпион

    Скорпион
    За да имате успешен ден, ще ви се наложи отрано да организирате делата си и да работите концентрирано върху всяка част от работата си. В противен случай ще разпилеете енергията си и ще загубите ценно време. Разчитайте предимно на себе си, особено за важни дела. Научаване добри новини, касаещи ваш много близък човек.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Стрелец

    Стрелец
    Смело и с хъс ще навлезете в бизнес, който е нов за вас. Имате опит в новите дейности, ще се справите и сега. В здравословно отношение не сте застрашени от физически сривове. Настроението ви ще се подобри вечерта, може би защото до себе си ще имате желан човек.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Козирог

    Козирог
    Усилията ви изглежда са повече от предвидените, но за това пък ще получите приходи,.които ще надминат очакваното. Не бъдете алчни и приемете това, което ви се предлага. Прибързаните решения както винаги няма да ви донесат предимство, за това, ако е възможно избегнете ги. Очаква ви ново запознанство.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Водолей

    Водолей
    Днес ще ви се наложи да промените плановете си, тъй като едва ли срещате нужното съдействие, за да ги осъществите. Нека това обаче не ви притеснява, тъй като просто момента не е подходящ, затова ще ви се наложи да изчакате с действията си. Приятел ще ви предложи нещо, на което трудно ще устоите. Опитвате нещо ново вечерта, което ви въодушевява.
    29 сеп 2020

    Хороскоп за Риби

    Риби
    Срещайки подкрепата на околните, ще се разгърнете в много посоки, окрилени от добрите взаимоотношения. С изненада ще откриете възможност за изгодна инвестиция и няма да се губите в съмнения, а ще действате. Лични срещи, на някои от които ще вземате важни решения за бъдещето си.
    29 сеп 2020
    Последни новини