wd wp Пошук:
    ⬜

    Гравітацыйная хваля

    Палярызаваная гравітацыйная хваля

    Гравітацыйная хваля — адхіленне гравітацыйнага поля, «рабізна» тканіны прасторы-часу, якая распаўсюджваецца з скорасцю святла[1]. 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 года[2]. 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 h 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 (h=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[3].

    Генерацыя гравітацыйных хваль

    Сістэма з двух нейтронных зорак спараджае рабізну прасторы-часу

    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 ~ ma. 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 m1a1 = −m2a2. 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

    (

    r

    c T

    )

    4

    {\displaystyle \left({\frac {r}{cT}}\right)^{4}}

    \{\displaystyle \left(\{\frac \{r\}\{cT\}\}\right)^\{4\}\} (r — характэрны памер выпраменьвальніка, T — характэрны перыяд руху выпраменьвальніка, c — 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:

    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

    Зноскі

    1. ↑ З-за эфекту нелінейнасці гравітацыі гравітацыйныя хвалі ў прынцыпе могуць распаўсюджвацца і з меншай скорасцю.
    2. ↑ Игорь Иванов. Гравитационные волны — открыты! // «Элементы.ру».
    3. ↑ The Nobel Prize in Physics 2017(нявызн.). www.nobelprize.org. Праверана 4 кастрычніка 2017.
    4. ↑ Липунов В. М. Гравитационно-волновое небо. // Соросовский образовательный журнал, 2000, № 4, с. 77-83.

    Літаратура

    Спасылкі

    commons: Гравітацыйная хваля на Вікісховішчы
    Тэмы гэтай старонкі (6):
    Катэгорыя·Рэлятывісцкія і гравітацыйныя з’явы
    Катэгорыя·Старонкі з няправільным сінтаксісам спасылак на крыніцы
    Катэгорыя·Хвалі
    Катэгорыя·Гравітацыя
    Катэгорыя·Вікіпедыя·Артыкулы з непрацоўнымі спасылкамі
    Катэгорыя·Вікіпедыя·Спасылка на Вікісховішча непасрэдна ў артыкуле