Гравітацыйная хваля

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Палярызаваная гравітацыйная хваля

Гравітацыйная хваля — абурэнне гравітацыйнага поля, "рабізна" тканіны прасторы-часу, якая распаўсюджваецца з хуткасцю святла. [1]Гравітацыйныя хвалі прадказваюцца агульнай тэорыяй адноснасці (АТА) і многімі іншымі тэорыямі гравітацыі, але з прычыны іх надзвычайнай драбніцы пакуль не зарэгістраваныя напрамую. 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 ураўненняў Эйнштэйна хвалевага тыпу, якія прадстаўляюць сабой абурэнне метрыкі прасторы-часу, якое рухаецца з хуткасцю святла. Праявай гэтага абурэння павінна быць, у прыватнасці, перыядычная змена адлегласці паміж двума свабодна падаючымі (гэта значыць тых, якія не адчуваюць ўплыву ніякіх сіл) выпрабавальнымі масамі. Амплітудай h гравітацыйнай хвалі з'яўляецца безразмерная велічыня - адноснае змяненне адлегласці. Прадказваць максімальныя амплітуды гравітацыйных хваляў 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 тэорыі адноснасці з'яўляецца папярочнай, квадрупольнай і апісваецца двума незалежнымі кампанентамі, размешчанымі пад вуглом 45° адзін да аднаго (мае два напрамкі палярызацыі).

Генерацыя гравітацыйных хваляў[правіць | правіць зыходнік]

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 прапарцыйная 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'екта 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 \left(\frac{r}{c T}\right)^4 (r — характэрны памер выпраменьвальніка, T — характэрны перыяд руху выпраменьвальніка, cхуткасць 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, цалкам нікчэмная ў параўнанні з характэрнай кінетычнай энергіяй цел.

Найбольш моцнымі крыніцамі гравітацыйных хваляў 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 свяцільнасці[2].

Гравітацыйны калапс падвойнай сістэмы[правіць | правіць зыходнік]

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 звароту 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 ацэнак больш за 50% ад масы сістэмы.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. З-за эфекту нелінейнасці гравітацыі гравітацыйныя хвалі ў прынцыпе могуць распаўсюджвацца і з меншай хуткасцю
  2. Липунов В. М. Гравитационно-волновое небо. // Соросовский образовательный журнал, 2000, № 4, с. 77-83.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • 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[правіць | правіць зыходнік]

Commons