✖


Jump to content

Гравитационная волна

(Перенаправлено из Гравитационных волн )
Эта статья о явлении общей теории относительности. Чтобы узнать о движении классических жидкостей, см. Гравитационную волну .
Продолжительность: 1 минута 14 секунд.
Моделирование столкновения двух черных дыр. Помимо образования глубоких гравитационных колодцев и объединения в одну большую черную дыру, гравитационные волны будут распространяться наружу, когда черные дыры вращаются мимо друг друга.
Общая теория относительности
Схема кривизны пространства-времени
Фундаментальные понятия
Явления
Пространство-время
  • Уравнения
  • Формализмы
Решения
Ученые

Гравитационные волны — это волны интенсивности гравитации , которые генерируются ускоренными массами двойных звезд и другими движениями гравитирующих масс и распространяются как волны наружу от своего источника со скоростью света . Впервые они были предложены Оливером Хевисайдом в 1893 году, а затем Анри Пуанкаре в 1905 году как гравитационный эквивалент электромагнитных волн . [1] Гравитационные волны иногда называют гравитационными волнами. [2] но гравитационные волны обычно относятся к волнам смещения в жидкостях. В 1916 году [3] [4] Альберт Эйнштейн продемонстрировал, что гравитационные волны возникают в результате его общей теории относительности как рябь в пространстве-времени . [5] [6]

Гравитационные волны переносят энергию в виде гравитационного излучения , формы лучистой энергии, подобной электромагнитному излучению . [7] Закон всемирного тяготения Ньютона , являющийся частью классической механики , не обеспечивает их существования, поскольку этот закон основан на предположении, что физические взаимодействия распространяются мгновенно (с бесконечной скоростью), что показывает один из способов, которыми методы ньютоновской физики неспособны объяснить явления, связанные с теорией относительности.

Первое косвенное свидетельство существования гравитационных волн было получено в 1974 году в результате наблюдаемого орбитального распада двойного пульсара Халса-Тейлора , который соответствовал распаду, предсказанному общей теорией относительности, поскольку энергия теряется из-за гравитационного излучения. В 1993 году Рассел А. Халс и Джозеф Хутон Тейлор-младший получили Нобелевскую премию по физике за это открытие .

Первое прямое наблюдение гравитационных волн было сделано в 2015 году, когда сигнал, генерируемый слиянием двух черных дыр, был получен детекторами LIGO гравитационных волн в Ливингстоне, штат Луизиана, и в Хэнфорде, штат Вашингтон. 2017 года Нобелевская премия по физике впоследствии была присуждена Райнеру Вайсу , Кипу Торну и Барри Бэришу за их роль в прямом обнаружении гравитационных волн.

В гравитационно-волновой астрономии наблюдения гравитационных волн используются для вывода данных об источниках гравитационных волн. Источники, которые можно изучить таким образом, включают двойные звездные системы, состоящие из белых карликов , нейтронных звезд , [8] [9] и черные дыры ; такие события, как сверхновые ; и образование ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва .

Введение [ править ]

В Эйнштейна общей теории относительности гравитация рассматривается как явление, возникающее в результате искривления пространства-времени . Эта кривизна вызвана наличием массы . Как правило, чем больше массы содержится в данном объеме пространства, тем большей кривизной будет пространство-время на границе его объема. [10] Когда объекты с массой перемещаются в пространстве-времени, кривизна меняется, отражая изменение местоположения этих объектов. В определенных обстоятельствах ускоряющиеся объекты вызывают изменения в этой кривизне, которые распространяются наружу со скоростью света волнообразным образом. Эти распространяющиеся явления известны как гравитационные волны.

Когда гравитационная волна пройдет мимо наблюдателя, этот наблюдатель обнаружит, что пространство-время искажено эффектами деформации. Расстояния между объектами ритмично увеличиваются и уменьшаются по мере прохождения волны с частотой, равной частоте волны. Величина этого эффекта обратно пропорциональна расстоянию от источника. [11] : 227 

По прогнозам, вдохновляющие двойные нейтронные звезды станут мощным источником гравитационных волн при их слиянии из-за очень большого ускорения их масс, когда они вращаются близко друг к другу. Однако из-за астрономических расстояний до этих источников эффекты, измеренные на Земле, по прогнозам, будут очень небольшими, с деформациями менее 1 части из 10. 20 .

Там, где принимается Общая теория относительности, обнаруженные гравитационные волны приписываются ряби в пространстве-времени; в противном случае гравитационные волны можно рассматривать просто как продукт орбит двойных систем. (Двойная орбита приводит к изменению геометрии двойной системы на 180 градусов, а также к изменению расстояния между каждым телом двойной системы и наблюдателем на 180 градусов, вызывая частоту гравитационных волн, в два раза превышающую орбитальную частоту).

Ученые продолжают демонстрировать существование этих волн с помощью постоянно модернизируемых высокочувствительных детекторов, используемых в совместных наблюдениях. Самый чувствительный детектор справился с этой задачей, обладая чувствительностью около одной части к 5 × 10. 22 (по состоянию на 2012 год ), предоставленные обсерваториями LIGO и VIRGO . [12] В 2019 году японский детектор KAGRA был завершен и в 2021 году совершил первое совместное обнаружение с LIGO и VIRGO. [13] космическую обсерваторию « Космическая антенна лазерного интерферометра» разрабатывает В настоящее время ЕКА . Еще один европейский наземный детектор — Телескоп Эйнштейна — также находится в стадии разработки.

Линейно поляризованная гравитационная волна

Гравитационные волны могут проникать в такие области космоса, куда не могут проникнуть электромагнитные волны. Они позволяют наблюдать слияние черных дыр и, возможно, других экзотических объектов в далекой Вселенной. Такие системы невозможно наблюдать с помощью более традиционных средств, таких как оптические телескопы или радиотелескопы , поэтому гравитационно-волновая астрономия дает новое понимание работы Вселенной.

В частности, гравитационные волны могут представлять интерес для космологов, поскольку они предлагают возможный способ наблюдения за самой ранней Вселенной. В традиционной астрономии это невозможно, поскольку до рекомбинации Вселенная была непрозрачна для электромагнитного излучения. [14] Точные измерения гравитационных волн также позволят ученым более тщательно проверить общую теорию относительности.

В принципе, гравитационные волны могут существовать на любой частоте. Волны очень низкой частоты обнаруживаются с помощью временных решеток пульсаров. Астрономы на протяжении многих лет отслеживают время появления примерно 100 пульсаров, широко разбросанных по нашей галактике. Обнаруживаемые изменения во времени прибытия их сигналов могут быть результатом прохождения гравитационных волн, генерируемых слиянием сверхмассивных черных дыр с длинами волн, измеряемыми в световых годах. Эти изменения времени можно использовать для определения источника волн. [ нужна ссылка ]

Используя эту технику, астрономы обнаружили «гул» различных слияний СМЧД, происходящих во Вселенной. Стивен Хокинг и Вернер Израэль перечисляют различные диапазоны частот гравитационных волн, которые можно было бы обнаружить, начиная от 10 −7 Гц до 10 11 Гц. [15]

Скорость гравитации [ править ]

Основная статья: Скорость гравитации

Скорость гравитационных волн в общей теории относительности равна скорости света в вакууме c . [16] теории В специальной относительности константа c касается не только света; вместо этого это максимально возможная скорость любого взаимодействия в природе. Формально c — это коэффициент перевода единицы времени в единицу пространства. [17] Это делает ее единственной скоростью, которая не зависит ни от движения наблюдателя, ни от источника света и/или гравитации.

Таким образом, скорость «света» — это еще и скорость гравитационных волн, и далее скорость любой безмассовой частицы. К таким частицам относятся глюон (носитель сильного взаимодействия), фотоны , составляющие свет (следовательно, переносчики электромагнитной силы), и гипотетические гравитоны (которые являются предполагаемыми частицами поля, связанными с гравитацией; однако понимание гравитона, если таковые существуют, требуется пока еще недоступная теория квантовой гравитации).

В августе 2017 года детекторы LIGO и Virgo получили сигналы гравитационных волн в течение 2 секунд после того, как спутники гамма-излучения и оптические телескопы увидели сигналы в том же направлении. Это подтвердило, что скорость гравитационных волн равна скорости света. [18]

История [ править ]

Предполагается, что первичные гравитационные волны возникают в результате космической инфляции , фазы ускоренного расширения сразу после Большого взрыва (2014 г.). [19] [20] [21]

Возможность гравитационных волн и то, что они могут перемещаться со скоростью света, обсуждалась в 1893 году Оливером Хевисайдом , используя аналогию между законом обратных квадратов гравитации и электростатической силой . [22] В 1905 году Анри Пуанкаре предложил гравитационные волны, исходящие от тела и распространяющиеся со скоростью света, как того требуют преобразования Лоренца. [23] и предположил, что по аналогии с ускоряющимся электрическим зарядом , создающим электромагнитные волны , ускоренные массы в релятивистской теории поля гравитации должны создавать гравитационные волны. [24] [25]

В 1915 году Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности — полную релятивистскую теорию гравитации. Он, как и Пуанкаре, предположил, что уравнение будет порождать гравитационные волны, но, как он упоминает в письме Шварцшильду в феврале 1916 года, [25] они не могли быть похожи на электромагнитные волны. Электромагнитные волны могут создаваться в результате движения диполя, требующего как положительного, так и отрицательного заряда. Гравитация не имеет эквивалента отрицательному заряду. Эйнштейн продолжал работать над сложными уравнениями общей теории относительности, чтобы найти альтернативную волновую модель. Результат был опубликован в июне 1916 г. [4] и там он пришел к выводу, что гравитационная волна должна распространяться со скоростью света, и на самом деле должно существовать три типа гравитационных волн, названных Германом Вейлем продольно-продольными, поперечно-продольными и поперечно-поперечными . [25]

Однако характер приближений Эйнштейна заставил многих (включая самого Эйнштейна) усомниться в результате. В 1922 году Артур Эддингтон показал, что два типа волн Эйнштейна были артефактами используемой им системы координат и их можно заставить распространяться с любой скоростью, выбрав подходящие координаты, что заставило Эддингтона пошутить, что они «распространяются со скоростью мысли». . [26] : 72  Это также поставило под сомнение физичность третьего (поперечно-поперечного) типа, который, как показал Эддингтон, всегда распространяется со скоростью света независимо от системы координат. В 1936 году Эйнштейн и Натан Розен статью представили в журнал Physical Review , в которой утверждали, что гравитационные волны не могут существовать в полной общей теории относительности, поскольку любое такое решение уравнений поля будет иметь сингулярность. Журнал отправил свою рукопись на рецензирование Говарду П. Робертсону , который анонимно сообщил, что рассматриваемые особенности были просто безобидными координатными особенностями используемых цилиндрических координат. Эйнштейн, который не был знаком с концепцией рецензирования, в гневе забрал рукопись и никогда больше не публиковал ее в Physical Review . Тем не менее, его помощник Леопольд Инфельд , который был в контакте с Робертсоном, убедил Эйнштейна в правильности критики, и статья была переписана с противоположным выводом и опубликована в другом месте. [25] [26] : 79ff В 1956 году Феликс Пирани исправил путаницу, вызванную использованием различных систем координат, перефразировав гравитационные волны в терминах явно наблюдаемого тензора кривизны Римана . [27]

В то время работа Пирани была омрачена вниманием сообщества к другому вопросу: могут ли гравитационные волны передавать энергию . Этот вопрос был решен с помощью мысленного эксперимента, предложенного Ричардом Фейнманом во время первой конференции ОТО в Чапел-Хилл в 1957 году. Короче говоря, его аргумент, известный как « аргумент липких бусинок », гласит, что если взять стержень с бусами, то эффект проходящая гравитационная волна будет перемещать бусины по стержню; тогда трение будет производить тепло, а это означает, что проходящая волна совершила работу . Вскоре после этого Герман Бонди опубликовал подробную версию «аргумента о липких бусах». [25] Позже это привело к появлению серии статей (с 1959 по 1989 год). Бонди и Пирани, которые установили существование плоских волновых решений для гравитационных волн. [28]

Поль Дирак далее постулировал существование гравитационных волн, заявив, что они имеют «физическое значение» в своей лекции 1959 года на собраниях в Линдау . [29] Кроме того, именно Дирак в 1964 году предсказал гравитационные волны с четко определенной плотностью энергии. [30]

После конференции в Чапел-Хилле Джозеф Вебер приступил к проектированию и созданию первых детекторов гравитационных волн, ныне известных как стержни Вебера . В 1969 году Вебер заявил, что обнаружил первые гравитационные волны, а к 1970 году он регулярно «обнаруживал» сигналы из Галактического центра ; однако частота обнаружения вскоре вызвала сомнения в достоверности его наблюдений, поскольку предполагаемая скорость потери энергии Млечного Пути истощила бы энергию нашей галактики в масштабе времени, намного меньшем, чем ее предполагаемый возраст. Эти сомнения усилились, когда к середине 1970-х годов повторные эксперименты других групп, строивших свои собственные батончики Вебера по всему миру, не дали никаких сигналов, и к концу 1970-х годов пришли к общему мнению, что результаты Вебера были ложными. [25]

В этот же период были обнаружены первые косвенные свидетельства существования гравитационных волн. В 1974 году Рассел Алан Халс и Джозеф Хутон Тейлор-младший открыли первый двойной пульсар , за что им была присуждена Нобелевская премия по физике 1993 года . [31] Наблюдения за временем пульсара в течение следующего десятилетия показали постепенное уменьшение орбитального периода пульсара Халса-Тейлора, что соответствовало потере энергии и углового момента в гравитационном излучении, предсказанному общей теорией относительности. [32] [33] [25]

Это косвенное обнаружение гравитационных волн побудило к дальнейшим поискам, несмотря на дискредитированный результат Вебера. Некоторые группы продолжали совершенствовать первоначальную концепцию Вебера, в то время как другие занимались обнаружением гравитационных волн с помощью лазерных интерферометров. Идея использовать для этого лазерный интерферометр, по-видимому, выдвигалась независимо разными людьми, в том числе М. Е. Герценштейном и В. И. Пустовойтом в 1962 г. [34] и Владимир Б. Брагинский в 1966 году. Первые прототипы были разработаны в 1970-х годах Робертом Л. Форвардом и Райнером Вайсом. [35] [36] В последующие десятилетия были созданы еще более чувствительные инструменты, кульминацией которых стало создание GEO600 , LIGO и Virgo . [25]

После нескольких лет нулевых результатов в 2015 году начали работать улучшенные детекторы. 11 февраля 2016 года коллаборация LIGO-Virgo объявила о первом наблюдении гравитационных волн . [37] [38] [39] [40] из сигнала (получившего название GW150914 ), обнаруженного в 09:50:45 по Гринвичу 14 сентября 2015 года, о двух черных дырах с массами 29 и 36 солнечных масс , слившихся на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от нас. За последнюю долю секунды слияния оно высвободило мощность, более чем в 50 раз превышающую мощность всех звезд наблюдаемой Вселенной вместе взятых. [41] Частота сигнала увеличивалась с 35 до 250 Гц в течение 10 циклов (5 витков), а его сила возрастала в течение периода 0,2 секунды. [38] Масса новой слившейся черной дыры составила 62 солнечных массы. Энергия, эквивалентная трем солнечным массам, была излучена в виде гравитационных волн. [42] Сигнал был замечен обоими детекторами LIGO в Ливингстоне и Хэнфорде с разницей во времени в 7 миллисекунд из-за угла между двумя детекторами и источником. Сигнал пришел из Южного небесного полушария , примерно в направлении (но гораздо дальше) Магеллановых Облаков . [40] Уровень достоверности того, что это наблюдение гравитационных волн, составил 99,99994%. [42]

Годом ранее коллаборация BICEP2 заявила, что обнаружила отпечаток гравитационных волн в космическом микроволновом фоне . Однако позже они были вынуждены отказаться от этого результата. [19] [20] [43] [44]

В 2017 году Нобелевская премия по физике была присуждена Райнеру Вайсу , Кипу Торну и Барри Бэришу за вклад в обнаружение гравитационных волн. [45] [46] [47]

В 2023 году NANOGrav, EPTA, PPTA и IPTA объявили, что нашли доказательства универсального фона гравитационных волн . [48] Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн утверждает, что они были созданы в космологических масштабах времени сверхмассивными черными дырами, определяя характерную кривую Хеллингса-Даунса за 15 лет радионаблюдений 25 пульсаров. [49] Аналогичные результаты опубликованы European Pulsar Timing Array, которая заявила, что -значительность. Они ожидают, что -Значимость будет достигнута к 2025 году за счет объединения измерений нескольких коллабораций. [50] [51]

Последствия прохождения [ править ]

Влияние плюс-поляризованной гравитационной волны на кольцо частиц
Влияние кроссполяризованной гравитационной волны на кольцо частиц

Гравитационные волны постоянно проходят мимо Земли ; однако даже самые сильные имеют незначительный эффект, а их источники обычно находятся на большом расстоянии. Например, волны, возникшие в результате катастрофического окончательного слияния GW150914, достигли Земли, пройдя более миллиарда световых лет , как рябь в пространстве-времени , которая изменила длину 4-километрового рукава LIGO на тысячную долю ширины протона . пропорционально эквивалентно изменению расстояния до ближайшей звезды за пределами Солнечной системы на ширину одного волоса. [52] Этот крошечный эффект даже от экстремальных гравитационных волн делает их наблюдаемыми на Земле только с помощью самых сложных детекторов.

Эффекты проходящей гравитационной волны, в крайне преувеличенной форме, можно визуализировать, представив совершенно плоскую область пространства-времени с группой неподвижных пробных частиц, лежащих в плоскости, например, на поверхности экрана компьютера. Когда гравитационная волна проходит через частицы по линии, перпендикулярной плоскости частиц, т. е. следуя по лучу зрения наблюдателя к экрану, частицы будут следовать за искажением в пространстве-времени, колеблясь « крестообразным » образом, как показано на рисунке. в анимации. Площадь, охватываемая пробными частицами, не меняется и движение вдоль направления распространения отсутствует. [ нужна ссылка ]

Колебания, изображенные в анимации, преувеличены для целей обсуждения — в действительности гравитационная волна имеет очень маленькую амплитуду (как сформулировано в линеаризованной гравитации ). Однако они помогают проиллюстрировать тип колебаний, связанных с гравитационными волнами, создаваемыми парой масс на круговой орбите . В этом случае амплитуда гравитационной волны постоянна, но ее плоскость поляризации изменяется или вращается со скоростью, вдвое превышающей орбитальную скорость, поэтому изменяющийся во времени размер гравитационной волны, или «периодическая пространственно-временная деформация», демонстрирует изменения, как показано на анимации. . [53] Если орбита масс эллиптическая, то амплитуда гравитационной волны также меняется со временем в соответствии с квадрупольной формулой Эйнштейна . [4]

Как и в случае с другими волнами , для описания гравитационной волны используется ряд характеристик:

  • Амплитуда: обычно обозначается h , это размер волны – доля растяжения или сжатия в анимации. Показанная здесь амплитуда составляет примерно h = 0,5 (или 50%). Гравитационные волны, проходящие через Землю, во много секстиллионов раз слабее этой – h ≈ 10. −20 .
  • Частота : обычно обозначается f , это частота, с которой колеблется волна (1, деленная на количество времени между двумя последовательными максимальными растяжениями или сжатиями).
  • Длина волны : обычно обозначается λ . Это расстояние вдоль волны между точками максимального растяжения или сжатия.
  • Скорость : это скорость, с которой движется точка волны (например, точка максимального растяжения или сжатия). Для гравитационных волн с малыми амплитудами эта скорость волны равна скорости света ( c ).

Скорость, длина волны и частота гравитационной волны связаны уравнением c = λf , точно так же, как уравнение для световой волны . Например, показанная здесь анимация колеблется примерно раз в две секунды. Это будет соответствовать частоте 0,5 Гц и длине волны около 600 000 км, или в 47 раз больше диаметра Земли.

В приведенном выше примере предполагается, что волна линейно поляризована с «плюсовой» поляризацией, обозначаемой h + . Поляризация гравитационной волны аналогична поляризации световой волны, за исключением того, что поляризации гравитационной волны различаются на 45 градусов, а не на 90 градусов. [54] В частности, в «кросс»-поляризованной гравитационной волне h × воздействие на пробные частицы будет в основном таким же, но повернутым на 45 градусов, как показано на второй анимации. Как и в случае с поляризацией света, поляризацию гравитационных волн можно выразить через с круговой поляризацией волны . Гравитационные волны поляризованы из-за природы их источника.

Источники [ править ]

Спектр гравитационных волн с источниками и детекторами. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. [55]

В общих чертах, гравитационные волны излучаются объектами, движение которых включает ускорение и его изменение, при условии, что движение не является совершенно сферически симметричным (например, расширяющаяся или сжимающаяся сфера) или вращательно-симметричным (например, вращающийся диск или сфера). Простой пример этого принципа — вращающаяся гантель . Если гантель вращается вокруг своей оси симметрии, она не будет излучать гравитационные волны; если он перевернется, как в случае с двумя планетами, вращающимися вокруг друг друга, он будет излучать гравитационные волны. Чем тяжелее гантель и чем быстрее она падает, тем большее гравитационное излучение она испускает. В крайнем случае, например, когда двумя грузами гантели являются массивные звезды, такие как нейтронные звезды или черные дыры, быстро вращающиеся вокруг друг друга, тогда будет выделяться значительное количество гравитационного излучения.

Несколько более подробных примеров:

  • Два объекта, вращающиеся вокруг друг друга, как планета вращается вокруг Солнца, будут излучать.
  • Вращающийся неосесимметричный планетоид – скажем, с большим выступом или ямкой на экваторе – будет излучать энергию.
  • Сверхновая излучать , будет за исключением того маловероятного случая, когда взрыв будет совершенно симметричным.
  • Изолированный невращающийся твердый объект, движущийся с постоянной скоростью, не будет излучать. Это можно рассматривать как следствие принципа сохранения импульса .
  • Вращающийся диск не излучает. Это можно рассматривать как следствие принципа сохранения момента импульса . Однако он гравитомагнитные проявит эффекты .
  • Сферически пульсирующая сферическая звезда (ненулевой монопольный момент или масса , но нулевой квадрупольный момент) не будет излучать, в соответствии с теоремой Биркгофа .

С технической точки зрения, вторая производная по времени квадрупольного момента (или l -я производная по времени от l -го мультипольного момента изолированной системы ) тензора энергии-импульса должна быть ненулевой, чтобы она могла излучать гравитационное излучение. Это аналогично изменению дипольного момента заряда или тока, необходимого для излучения электромагнитного излучения .

Бинарные файлы [ править ]

Смотрите также: Задача двух тел в общей теории относительности.
Две звезды разной массы обращаются по круговым орбитам . Каждый вращается вокруг своего общего центра масс (обозначенного маленьким красным крестом) по кругу, причем большая масса имеет меньшую орбиту.
Две звезды одинаковой массы на круговых орбитах вокруг своего центра масс.
Две звезды одинаковой массы на сильно эллиптических орбитах вокруг своего центра масс.

Гравитационные волны уносят энергию от своих источников и в случае вращающихся тел это связано со спиральным или понижением орбиты. [56] [57] Представьте себе, например, простую систему двух масс, такую ​​как система Земля-Солнце, движущуюся медленно по сравнению со скоростью света на круговых орбитах. Предположим, что эти две массы вращаются друг вокруг друга по круговой орбите в плоскости x – y . В хорошем приближении массы следуют простым кеплеровским орбитам . Однако такая орбита представляет собой изменяющийся квадрупольный момент . То есть система будет испускать гравитационные волны.

Теоретически потеря энергии из-за гравитационного излучения может в конечном итоге привести к падению Земли на Солнце . Однако полная энергия Земли, вращающейся вокруг Солнца ( кинетическая энергия + гравитационная потенциальная энергия ) составляет около 1,14 × 10 36 джоулей из которых только 200 Вт (джоулей в секунду) теряется за счет гравитационного излучения, что приводит к затуханию орбиты примерно на 1 × 10 −15 метров в день или примерно диаметр протона . При такой скорости Земле потребовалось бы примерно 3 × 10 13 раз больше, чем нынешний возраст Вселенной, чтобы по спирали приблизиться к Солнцу. Эта оценка не учитывает уменьшение r с течением времени, но радиус меняется медленно в течение большей части времени и резко падает на более поздних стадиях, поскольку с начальный радиус и общее время, необходимое для полного слияния. [58]

В более общем смысле скорость орбитального распада можно аппроксимировать выражением [59]

где r — расстояние между телами, t — время, G — гравитационная постоянная , c — скорость света , а m 1 и m 2 — массы тел. Это приводит к ожидаемому времени слияния [59]

Компактные двоичные файлы [ править ]

Компактные звезды , такие как белые карлики и нейтронные звезды, могут быть составляющими двойных систем. Например, пара нейтронных звезд солнечной массы на круговой орбите на расстоянии 1,89 × 10 8 м (189 000 км) имеет орбитальный период 1000 секунд и ожидаемый срок службы 1,30 × 10 13 секунд или около 414 000 лет. Такую систему можно было бы наблюдать с помощью LISA, если бы она находилась не слишком далеко. Существует гораздо большее количество двойных белых карликов с орбитальными периодами в этом диапазоне. Двойные белые карлики имеют массы порядка Солнца и диаметры порядка Земли. Они не смогут сблизиться намного ближе, чем на 10 000 км, прежде чем сольются и взорвутся сверхновой , что также положит конец излучению гравитационных волн. До тех пор их гравитационное излучение будет сравнимо с излучением двойной нейтронной звезды.

Впечатление художника от слияния нейтронных звезд, источника гравитационных волн. [60]

Когда орбита двойной нейтронной звезды распалась до 1,89 × 10 6 м (1890 км), оставшийся срок его службы составляет около 130 000 секунд или 36 часов. Орбитальная частота будет варьироваться от 1 витка в секунду на старте до 918 витков в секунду, когда орбита сократится до 20 км при слиянии. Большая часть испускаемого гравитационного излучения будет иметь частоту, вдвое превышающую орбитальную. Непосредственно перед слиянием спираль могла бы наблюдаться LIGO, если бы такая двойная система находилась достаточно близко. У LIGO есть всего несколько минут, чтобы наблюдать это слияние из общего времени существования на орбите, которое могло составлять миллиарды лет. В августе 2017 года LIGO и Virgo наблюдали первую спиральную двойную нейтронную звезду в GW170817 , а 70 обсерваторий совместно обнаружили ее электромагнитный аналог, килоновую звезду в галактике NGC 4993 , на расстоянии 40 мегапарсек от нас, испустившую короткий гамма-всплеск ( GRB 170817A ) за несколько секунд. после слияния, за которым последовал более длительный оптический переходный процесс ( AT 2017gfo ), питаемый ядрами r-процесса . Усовершенствованные детекторы LIGO должны быть способны обнаруживать такие события на расстоянии до 200 мегапарсек. В этом диапазоне ожидается порядка 40 мероприятий в год. [61]

Двойные черные дыры [ править ]

Основная статья: Двойная черная дыра

Двойные черные дыры излучают гравитационные волны во время фаз спирали, слияния и спада. Таким образом, в начале 1990-х годов физическое сообщество сплотилось вокруг согласованных усилий по предсказанию формы гравитационных волн от этих систем с помощью Альянса Binary Black Hole Grand Challenge . [62] Наибольшая амплитуда излучения возникает во время фазы слияния, которую можно смоделировать с помощью методов численной теории относительности. [63] [64] [65] Первое прямое обнаружение гравитационных волн, GW150914 , произошло в результате слияния двух черных дыр.

Supernova[editСверхновая звезда

Основная статья: Сверхновая

Сверхновая — это кратковременное астрономическое событие , которое происходит на последних стадиях звездной эволюции жизни массивной звезды, драматическое и катастрофическое разрушение которой отмечено одним последним титаническим взрывом. Этот взрыв может произойти одним из многих способов, но во всех них значительная часть вещества звезды уносится в окружающее пространство с чрезвычайно высокими скоростями (до 10% скорости света). Если в этих взрывах не будет совершенной сферической симметрии (т. е. если материя не будет выброшена равномерно во всех направлениях), от взрыва возникнет гравитационное излучение. Это происходит потому, что гравитационные волны генерируются изменяющимся квадрупольным моментом , который может произойти только при асимметричном движении масс. Поскольку точный механизм возникновения сверхновых не до конца понятен, смоделировать испускаемое ими гравитационное излучение непросто.

Вращающиеся нейтронные звезды [ править ]

Как отмечалось выше, распределение масс будет излучать гравитационное излучение только тогда, когда между массами существует сферически асимметричное движение. Вращающаяся нейтронная звезда обычно не излучает гравитационного излучения, поскольку нейтронные звезды представляют собой очень плотные объекты с сильным гравитационным полем, которое сохраняет их почти идеальную сферическую форму. Однако в некоторых случаях на поверхности могут быть небольшие деформации, называемые «горами», которые представляют собой неровности, выступающие над поверхностью не более чем на 10 сантиметров (4 дюйма). [66] которые делают вращение сферически асимметричным. Это придает звезде квадрупольный момент, который меняется со временем, и она будет излучать гравитационные волны, пока деформации не сгладятся.

Инфляция [ править ]

Основная статья: инфляция (космология)

Многие модели Вселенной предполагают, что в ранней истории Вселенной была эпоха инфляции, когда пространство расширялось во много раз за очень короткий промежуток времени. Если бы это расширение не было симметричным во всех направлениях, оно могло бы испускать гравитационное излучение, которое сегодня можно обнаружить как фон гравитационных волн . Этот фоновый сигнал слишком слаб для того, чтобы его мог наблюдать любой работающий в настоящее время детектор гравитационных волн, и считается, что могут пройти десятилетия, прежде чем такое наблюдение станет возможным.

Свойства и поведение [ править ]

Энергия, импульс и угловой момент [ править ]

Волны воды, звуковые волны и электромагнитные волны способны переносить энергию , импульс и угловой момент и тем самым уносят их от источника. Гравитационные волны выполняют ту же функцию. Так, например, двойная система теряет угловой момент по мере того, как два вращающихся объекта вращаются по спирали друг к другу — угловой момент излучается гравитационными волнами.

Волны также могут переносить линейный импульс, и эта возможность имеет некоторые интересные последствия для астрофизики . [67] После слияния двух сверхмассивных черных дыр выброс линейного импульса может вызвать «удар» с амплитудой до 4000 км/с. Этого достаточно быстро, чтобы полностью выбросить сросшуюся черную дыру из родительской галактики. Даже если удар слишком мал, чтобы полностью выбросить черную дыру, он может временно удалить ее из ядра галактики, после чего она начнет колебаться вокруг центра и в конечном итоге остановится. [68] Выброшенная черная дыра также может унести с собой звездное скопление, образуя сверхкомпактную звездную систему . [69] Или же она может нести газ, позволяя откатывающейся черной дыре временно выглядеть « голым квазаром ». SDSS квазар J092712.65+294344.0 содержит отдающуюся сверхмассивную черную дыру. Считается, что [70]

Красное смещение [ править ]

Подобно электромагнитным волнам , гравитационные волны должны демонстрировать сдвиг длины волны и частоты из-за относительных скоростей источника и наблюдателя ( эффект Доплера ), а также из-за искажений пространства-времени , таких как космическое расширение . [ нужна ссылка ] Это так, хотя гравитация сама по себе является причиной искажений пространства-времени. [ нужна ссылка ] Красное смещение гравитационных волн отличается от красного смещения, вызванного гравитацией ( гравитационное красное смещение ).

волновые аспекты и гравитон гравитация, корпускулярно - Квантовая

В рамках квантовой теории поля гравитон — это имя , данное гипотетической элементарной частице, предположительно являющейся носителем силы , обеспечивающей гравитацию . Однако существование гравитона еще не доказано, и научной модели пока не существует , которая успешно согласовывала бы общую теорию относительности , описывающую гравитацию, и Стандартную модель , описывающую все другие фундаментальные силы . Попытки, такие как квантовая гравитация , были сделаны, но пока не приняты.

Если такая частица существует, ожидается, что она не имеет массы (поскольку гравитационная сила имеет неограниченный радиус действия) и должна быть со спином -2 бозоном . Можно показать, что любое безмассовое поле со спином 2 приведет к возникновению силы, неотличимой от гравитации, потому что безмассовое поле со спином 2 должно связываться с тензором энергии-импульса (взаимодействовать с ним) так же, как это делает гравитационное поле; поэтому, если когда-либо будет открыта безмассовая частица со спином 2, это, скорее всего, будет гравитон без дальнейшего отличия от других безмассовых частиц со спином 2. [71] Такое открытие объединило бы квантовую теорию с гравитацией. [72]

ранней Вселенной изучения Значение для

Из-за слабости связи гравитации с материей гравитационные волны практически не поглощаются и не рассеиваются, даже когда перемещаются на астрономические расстояния. В частности, ожидается, что непрозрачность очень ранней Вселенной не повлияет на гравитационные волны. На этих ранних этапах пространство еще не стало «прозрачным», поэтому наблюдения, основанные на свете, радиоволнах и другом электромагнитном излучении, которые проводились в далеком прошлом, ограничены или недоступны. Таким образом, в принципе ожидается, что гравитационные волны потенциально могут предоставить множество данных наблюдений об очень ранней Вселенной. [73]

Определение направления движения [ править ]

Трудность прямого обнаружения гравитационных волн означает, что одному детектору также трудно самостоятельно определить направление источника. Поэтому используются множественные детекторы, как для того, чтобы отличить сигналы от другого «шума» путем подтверждения того, что сигнал не имеет земного происхождения, так и для определения направления посредством триангуляции . В этом методе используется тот факт, что волны распространяются со скоростью света и достигают разных детекторов в разное время в зависимости от направления их источника. Хотя разница во времени прихода может составлять всего несколько миллисекунд , этого достаточно, чтобы со значительной точностью определить направление происхождения волны.

Только в случае с GW170814 в момент события работали три детектора, поэтому направление точно определено. Обнаружение всеми тремя инструментами привело к очень точной оценке положения источника с достоверной на 90% областью всего 60 градусов. 2 , в 20 раз точнее, чем раньше. [74]

астрономия Гравитационно - волновая

Двумерное представление гравитационных волн, генерируемых двумя нейтронными звездами, вращающимися вокруг друг друга.
Основная статья: Гравитационно-волновая астрономия

За последнее столетие в астрономии произошла революция благодаря использованию новых методов наблюдения за Вселенной. Астрономические наблюдения первоначально проводились с использованием видимого света . Галилео Галилей первым применил телескопы для улучшения этих наблюдений. Однако видимый свет представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра , и не все объекты в далекой Вселенной сильно светятся в этом конкретном диапазоне. Дополнительную информацию можно найти, например, в длинах радиоволн. с помощью радиотелескопов астрономы открыли пульсары и квазары Например, . Наблюдения в микроволновом диапазоне привели к обнаружению слабых отпечатков Большого взрыва — открытию, которое Стивен Хокинг назвал «величайшим открытием столетия, если не всех времён». Подобные достижения в наблюдениях с использованием гамма-лучей , рентгеновских лучей , ультрафиолетового и инфракрасного света также принесли новые идеи в астрономию. По мере открытия каждой из этих областей спектра совершались новые открытия, которые иначе невозможно было бы сделать. Астрономическое сообщество надеется, что то же самое справедливо и в отношении гравитационных волн. [75] [76]

Гравитационные волны обладают двумя важными и уникальными свойствами. Во-первых, нет необходимости в присутствии какого-либо типа материи поблизости, чтобы волны генерировались двойной системой незаряженных черных дыр, которая не излучала бы электромагнитного излучения. Во-вторых, гравитационные волны могут проходить через любую промежуточную материю, не рассеиваясь существенно. В то время как свет от далеких звезд может блокироваться , например, межзвездной пылью , гравитационные волны будут проходить практически беспрепятственно. Эти две особенности позволяют гравитационным волнам переносить информацию об астрономических явлениях, которые до сих пор никогда не наблюдались людьми. [73]

Описанные выше источники гравитационных волн находятся в низкочастотном конце спектра гравитационных волн (10 −7 до 10 5 Гц). Астрофизический источник на высокочастотном конце спектра гравитационных волн (выше 10 5 Гц и, вероятно, 10 10 Гц) генерирует [ нужны разъяснения ] реликтовые гравитационные волны, которые, как предполагается, представляют собой слабые отпечатки Большого взрыва, подобные космическому микроволновому фону. [77] На этих высоких частотах потенциально возможно, что источники могут быть «искусственными». [15] то есть гравитационные волны, генерируемые и обнаруживаемые в лаборатории. [78] [79]

Предполагается, что сверхмассивная черная дыра , образовавшаяся в результате слияния черных дыр в центре двух сливающихся галактик, обнаруженная космическим телескопом Хаббл , была выброшена из центра слияния гравитационными волнами. [80] [81]

Обнаружение [ править ]

Основные статьи: Обнаружение гравитационных волн , Обсерватория гравитационных волн и Список наблюдений гравитационных волн.
теперь опровергнутые доказательства, якобы показывающие наличие гравитационных волн в молодой Вселенной обнаружил BICEP2 Радиотелескоп . Здесь показано микроскопическое исследование фокальной плоскости детектора BICEP2. [19] [20] Однако в январе 2015 года результаты BICEP2 были подтверждены как результат воздействия космической пыли . [82]

Косвенное обнаружение [ править ]

Хотя волны от системы Земля-Солнце незначительны, астрономы могут указать на другие источники, излучение которых должно быть значительным. Одним из важных примеров является двойная система Халса-Тейлора – пара звезд, одна из которых является пульсаром . [83] Характеристики их орбиты можно определить по доплеровскому смещению радиосигналов, излучаемых пульсаром. Размер каждой из звезд составляет около 1,4 M ☉, а размер их орбит составляет около 1/75 орбиты Земля–Солнце , всего в несколько раз больше диаметра нашего собственного Солнца. Сочетание большей массы и меньшего расстояния означает, что энергия, выделяемая двойной системой Халса-Тейлора, будет намного больше, чем энергия, выделяемая системой Земля-Солнце, - примерно в 10 раз. 22 раз больше.

Информация об орбите может быть использована для прогнозирования того, сколько энергии (и углового момента) будет излучаться в виде гравитационных волн. По мере того как двойная система теряет энергию, звезды постепенно сближаются друг с другом, а период обращения уменьшается. Результирующая траектория каждой звезды представляет собой спираль, спираль с уменьшающимся радиусом. Общая теория относительности точно описывает эти траектории; в частности, энергия, излучаемая гравитационными волнами, определяет скорость уменьшения периода, определяемого как временной интервал между последовательными периастрами (точками наибольшего сближения двух звезд). Для пульсара Халса-Тейлора прогнозируемое текущее изменение радиуса составляет около 3 мм на орбиту, а изменение периода 7,75 часа составляет около 2 секунд в год. После предварительного наблюдения, показывающего потерю орбитальной энергии, соответствующую гравитационным волнам, [32] Тщательные наблюдения за временем, проведенные Тейлором и Джоэлом Вайсбергами, резко подтвердили предсказанное сокращение периода с точностью до 10%. [84] Благодаря улучшенным статистическим данным, полученным за более чем 30 лет с момента открытия пульсара, наблюдаемое изменение орбитального периода в настоящее время соответствует предсказанию гравитационного излучения, предполагаемому общей теорией относительности, с точностью до 0,2 процента. [85] В 1993 году, отчасти вдохновленный этим косвенным обнаружением гравитационных волн, Нобелевский комитет присудил Нобелевскую премию по физике Халсу и Тейлору за «открытие нового типа пульсара, открытие, которое открыло новые возможности для изучения гравитационных волн». гравитация». [86] Срок жизни этой бинарной системы от настоящего момента до слияния оценивается в несколько сотен миллионов лет. [87]

Спирали являются очень важными источниками гравитационных волн. Каждый раз, когда два компактных объекта (белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры ) находятся на близких орбитах, они излучают интенсивные гравитационные волны. По мере того как они приближаются друг к другу, эти волны становятся более интенсивными. В какой-то момент они должны стать настолько интенсивными, что станет возможным прямое обнаружение по их воздействию на объекты на Земле или в космосе. Это прямое обнаружение является целью нескольких крупномасштабных экспериментов. [88]

Единственная трудность заключается в том, что большинство систем, таких как двойная система Халса–Тейлора, находятся очень далеко. Амплитуда волн, излучаемых двойной системой Халса–Тейлора на Земле, будет примерно h ≈ 10. −26 . Однако астрофизики ожидают обнаружить некоторые источники, которые производят гораздо большие амплитуды h ≈ 10. −20 . Было обнаружено по крайней мере восемь других двойных пульсаров. [89]

Трудности [ править ]

Гравитационные волны нелегко обнаружить. Когда они достигают Земли, они имеют небольшую амплитуду с деформацией около 10 −21 Это означает, что необходим чрезвычайно чувствительный детектор и что другие источники шума могут подавлять сигнал. [90] Ожидается, что гравитационные волны будут иметь частоты 10 −16 Гц < f < 10 4 Гц. [91]

Наземные детекторы [ править ]

Принципиальная схема лазерного интерферометра

Хотя наблюдения Халса-Тейлора были очень важны, они дают лишь косвенное свидетельство существования гравитационных волн. Более убедительным наблюдением было бы прямое измерение эффекта проходящей гравитационной волны, которое также могло бы предоставить больше информации о системе, которая ее породила. Любое такое прямое обнаружение осложняется чрезвычайно малым воздействием волн на детектор. Амплитуда сферической волны будет падать обратно пропорционально расстоянию от источника (член 1/ R в формулах для h выше). Таким образом, даже волны от экстремальных систем, таких как сливающиеся двойные черные дыры, затухают до очень малых амплитуд к тому времени, когда достигают Земли. Астрофизики ожидают, что некоторые гравитационные волны, проходящие мимо Земли, могут достигать h ≈ 10. −20 , но обычно не больше. [92]

Резонансные антенны [ править ]

Основная статья: Бар Вебер

Простое устройство, теоретически предназначенное для обнаружения ожидаемого волнового движения, называется стержнем Вебера — большим твердым металлическим стержнем, изолированным от внешних вибраций. Этот тип приборов был первым типом детектора гравитационных волн. стержня Деформации в пространстве из-за падающей гравитационной волны возбуждают резонансную частоту и, таким образом, могут быть усилены до обнаруживаемых уровней. Можно предположить, что ближайшая сверхновая может быть достаточно сильной, чтобы ее можно было увидеть без резонансного усиления. утверждал , что с помощью этого инструмента Джозеф Вебер он ежедневно обнаруживал сигналы гравитационных волн. Его результаты, однако, были оспорены в 1974 году физиками Ричардом Гарвином и Дэвидом Дугласом . Современные формы стержня Вебера до сих пор эксплуатируются с криогенным охлаждением и сверхпроводящими квантовыми интерференционными устройствами для обнаружения вибрации. Бары Вебера недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить что-либо, кроме чрезвычайно мощных гравитационных волн. [93]

MiniGRAIL — это сферическая гравитационно-волновая антенна, использующая этот принцип. Он расположен в Лейденском университете и состоит из тщательно обработанной сферы массой 1150 кг, криогенно охлажденной до 20 милликельвинов. [94] Сферическая конфигурация обеспечивает одинаковую чувствительность во всех направлениях и несколько проще экспериментально, чем более крупные линейные устройства, требующие высокого вакуума. События обнаруживаются путем измерения деформации сферы детектора . MiniGRAIL обладает высокой чувствительностью в диапазоне 2–4 кГц и подходит для обнаружения гравитационных волн, возникающих в результате нестабильности вращающихся нейтронных звезд или слияний небольших черных дыр. [95]

В настоящее время существует два детектора, ориентированных на верхний конец спектра гравитационных волн (10 −7 до 10 5 Гц): один в Бирмингемском университете , Англия, [96] и другой в INFN Генуя, Италия. Третий находится в стадии разработки в Университете Чунцина , Китай. Детектор Бирмингема измеряет изменения состояния поляризации микроволнового луча, циркулирующего по замкнутому контуру диаметром около одного метра. Ожидается, что оба детектора будут чувствительны к периодическим пространственно-временным деформациям h ~ 2 × 10. −13 / √ Гц , заданная как амплитудная спектральная плотность . Детектор INFN Genoa представляет собой резонансную антенну, состоящую из двух связанных сферических сверхпроводящих гармонических генераторов диаметром несколько сантиметров. Генераторы спроектированы так, чтобы иметь (в разъединенном состоянии) почти равные резонансные частоты. В настоящее время ожидается, что система будет иметь чувствительность к периодическим деформациям пространства-времени h ~ 2 × 10. −17 / √ Гц с ожиданием достижения чувствительности h ~ 2 × 10 −20 / √ Гц . Детектор Университета Чунцина планируется обнаружить реликтовые высокочастотные гравитационные волны с предсказанными типичными параметрами ≈10 11 Гц (100 ГГц) и h ≈10 −30 до 10 −32 . [97]

Интерферометры [ править ]

Основная статья: Наземный интерферометрический поиск гравитационных волн
Упрощенная работа гравитационно-волновой обсерватории
Рисунок 1. Светоделитель (зеленая линия) разделяет когерентный свет (из белого прямоугольника) на два луча, которые отражаются от зеркал (голубые прямоугольники); показан только один исходящий и отраженный луч в каждом плече, которые для ясности разделены. Отраженные лучи рекомбинируются и обнаруживается интерференционная картина (фиолетовый кружок).
Рисунок 2 : Гравитационная волна, проходящая через левое плечо (желтое), меняет свою длину и, следовательно, интерференционную картину.

Более чувствительный класс детекторов использует лазерный интерферометр Майкельсона для измерения движения между разделенными «свободными» массами, вызванного гравитационными волнами. [98] Это позволяет разделять массы на большие расстояния (увеличивая размер сигнала); Еще одним преимуществом является то, что он чувствителен к широкому диапазону частот (а не только к частотам, близким к резонансу, как в случае стержней Вебера). После многих лет разработки первые наземные интерферометры начали работать в 2015 году. В настоящее время наиболее чувствительным является LIGO – Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. У LIGO есть три детектора: один в Ливингстоне, штат Луизиана , один на площадке в Хэнфорде в Ричленде, штат Вашингтон , и третий (ранее установленный в качестве второго детектора в Хэнфорде), который планируется перевезти в Индию . Каждая обсерватория имеет два легких накопителя длиной 4 километра. Они расположены под углом 90 градусов друг к другу, при этом свет проходит через вакуумные трубки диаметром 1 м и проходит все 4 километра. Проходящая гравитационная волна слегка растянет одну руку и укоротит другую. Это движение, к которому интерферометр наиболее чувствителен.

Даже при таких длинных рукавах самые сильные гравитационные волны изменят расстояние между концами рукавов не более чем на 10 −18 м. LIGO должен быть способен обнаруживать гравитационные волны размером всего h ~ 5 × 10. −22 . Обновления до LIGO и Virgo должны еще больше повысить чувствительность. Еще один высокочувствительный интерферометр KAGRA , который находится в обсерватории Камиока в Японии, работает с февраля 2020 года. Ключевым моментом является то, что десятикратное увеличение чувствительности (радиуса «достигаемости») увеличивает объем доступного прибору пространства. в тысячу раз. Это увеличивает скорость появления обнаруживаемых сигналов с одного на десятки лет наблюдений до десятков в год. [99]

Интерферометрические детекторы ограничены на высоких частотах дробовым шумом , который возникает из-за того, что лазеры производят фотоны случайным образом; Одна из аналогий — это дождь: скорость дождя, как и интенсивность лазера, измерима, но капли дождя, как фотоны, падают в случайное время, вызывая колебания вокруг среднего значения. Это приводит к появлению шума на выходе детектора, очень похожего на радиостатический. Кроме того, при достаточно высокой мощности лазера случайный импульс, передаваемый пробным массам лазерными фотонами, раскачивает зеркала, маскируя сигналы низких частот. Тепловой шум (например, броуновское движение ) является еще одним ограничением чувствительности. Помимо этих «стационарных» (постоянных) источников шума, все наземные детекторы также ограничены на низких частотах сейсмическим шумом и другими формами вибрации окружающей среды, а также другими «нестационарными» источниками шума; скрипы механических конструкций, молнии или другие сильные электрические помехи и т. д. также могут создавать шум, маскирующий событие, или даже имитировать событие. Все это необходимо принять во внимание и исключить путем анализа, прежде чем обнаружение можно будет считать настоящим событием гравитационной волны.

Эйнштейн@Дома [ править ]

Основная статья: Эйнштейн@Дома

Простейшие гравитационные волны имеют постоянную частоту. Волны, испускаемые вращающейся неосесимметричной нейтронной звездой, были бы примерно монохроматическими : чистый тон в акустике . В отличие от сигналов сверхновых или двойных черных дыр, эти сигналы мало изменяются по амплитуде и частоте в течение периода, в течение которого их могли бы наблюдать наземные детекторы. Однако в измеренном сигнале могут произойти некоторые изменения из-за доплеровского смещения, вызванного движением Земли. Несмотря на простоту сигналов, их обнаружение чрезвычайно затратно в вычислительном отношении из-за больших объемов данных, которые необходимо анализировать.

Проект Einstein@Home — это проект распределенных вычислений, аналогичный SETI@home, предназначенный для обнаружения гравитационных волн этого типа. Беря данные из LIGO и GEO и отправляя их небольшими порциями тысячам добровольцев для параллельного анализа на их домашних компьютерах, Einstein@Home может анализировать данные гораздо быстрее, чем это было бы возможно в противном случае. [100]

Интерферометры космического базирования [ править ]

космические интерферометры, такие как LISA и DECIGO Также разрабатываются . Конструкция LISA предусматривает наличие трех испытательных масс, образующих равносторонний треугольник, при этом лазеры, передаваемые от каждого космического корабля друг к другу, образуют два независимых интерферометра. Планируется, что LISA будет занимать солнечную орбиту, следующую за Землей, причем каждая сторона треугольника будет составлять пять миллионов километров. Это помещает детектор в отличный вакуум вдали от наземных источников шума, хотя он по-прежнему будет чувствителен к теплу, дробовому шуму и артефактам, вызванным космическими лучами и солнечным ветром .

Использование массивов синхронизации пульсаров [ править ]

Основная статья: Временная решетка Pulsar
График корреляции между пульсарами, наблюдаемыми с помощью NANOGrav, в зависимости от углового разделения между пульсарами по сравнению с теоретической моделью Хеллингса-Даунса (пунктирный фиолетовый) и при отсутствии фона гравитационных волн (сплошной зеленый) [101] [102]

Пульсары — быстро вращающиеся звезды. Пульсар излучает лучи радиоволн, которые, как лучи маяка, проносятся по небу при вращении пульсара. Радиотелескопы могут обнаружить сигнал пульсара как серию регулярно расположенных импульсов, напоминающих тиканье часов. ГВ влияют на время, необходимое импульсам для прохождения от пульсара до телескопа на Земле. Система синхронизации пульсаров использует миллисекундные пульсары для поиска возмущений, вызванных гравитационными волнами, при измерениях времени поступления импульсов на телескоп, другими словами, для поиска отклонений в тактах часов. Для обнаружения GW массивы синхронизации пульсаров ищут четкую квадруполярную картину корреляции и антикорреляции между временем прибытия импульсов от разных пар пульсаров в зависимости от их углового разделения на небе. [103] Хотя импульсы пульсаров путешествуют в космосе в течение сотен или тысяч лет, чтобы достичь нас, системы синхронизации пульсаров чувствительны к возмущениям во времени их прохождения, составляющим гораздо меньше миллионной доли секунды.

Наиболее вероятным источником гравитационных волн, к которым чувствительны системы синхронизации пульсаров, являются сверхмассивные двойные черные дыры, образующиеся в результате столкновения галактик. [104] Помимо отдельных двойных систем, временные массивы пульсаров чувствительны к стохастическому фону ГВ, состоящему из суммы ГВ от многих слияний галактик. Другие потенциальные источники сигналов включают космические струны и первозданный фон ГВ от космической инфляции .

В мире существует три активных проекта создания временных решеток пульсаров. Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн использует данные, собранные радиотелескопом Аресибо и телескопом Грин-Бэнк . Австралийская система синхронизации пульсаров Паркса использует данные радиотелескопа Паркса . European Pulsar Timing Array использует данные четырех крупнейших телескопов Европы: телескопа Ловелла , радиотелескопа Вестерборк-Синтез , телескопа Эффельсберга и радиотелескопа Нанкай . Эти три группы также сотрудничают в рамках проекта International Pulsar Timing Array . [105]

В июне 2023 года НАНОГрав опубликовал данные за 15 лет, в которых содержались первые доказательства стохастического фона гравитационных волн. В частности, оно включало первое измерение кривой Хеллингса-Даунса, контрольного признака гравитационно-волнового происхождения наблюдаемого фона. [106] [107]

Первичная гравитационная волна [ править ]

Основная статья: Первичная гравитационная волна

Первичные гравитационные волны — это гравитационные волны, наблюдаемые в космическом микроволновом фоне . Они якобы были обнаружены прибором BICEP2 , объявление было сделано 17 марта 2014 года и было отозвано 30 января 2015 года («сигнал можно полностью отнести к пыли в Млечном Пути»). [82] ).

LIGO Virgo Наблюдения и

Основные статьи: Первое наблюдение гравитационных волн и Список наблюдений гравитационных волн.
Измерение гравитационных волн с помощью LIGO на детекторах Хэнфорда (слева) и Ливингстона (справа) в сравнении с теоретически предсказанными значениями.

11 февраля 2016 года коллаборация LIGO объявила о первом наблюдении гравитационных волн по сигналу, обнаруженному в 09:50:45 по Гринвичу 14 сентября 2015 года. [37] Две черные дыры с массами 29 и 36 солнечных масс, слившиеся на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от нас. За последнюю долю секунды слияния оно высвободило мощность, более чем в 50 раз превышающую мощность всех звезд наблюдаемой Вселенной вместе взятых. [108] Частота сигнала увеличивалась с 35 до 250 Гц в течение 10 циклов (5 витков), а его сила возрастала в течение периода 0,2 секунды. [38] Масса новой слившейся черной дыры составила 62 солнечных массы. Энергия, эквивалентная трем солнечным массам, была излучена в виде гравитационных волн. [42] Сигнал был замечен обоими детекторами LIGO в Ливингстоне и Хэнфорде с разницей во времени в 7 миллисекунд из-за угла между двумя детекторами и источником. Сигнал пришел из Южного небесного полушария , примерно в направлении (но гораздо дальше) Магеллановых Облаков . [40] Гравитационные волны наблюдались в области более 5 сигм. [109] (другими словами, 99,99997% шансов показать/получить тот же результат), вероятность найти достаточно, чтобы быть оцененным/рассмотренным как свидетельство/доказательство в эксперименте статистической физики . [110]

С тех пор LIGO и Virgo сообщили о большем количестве наблюдений гравитационных волн от слияния двойных черных дыр.

16 октября 2017 года коллаборации LIGO и Virgo объявили о первом в истории обнаружении гравитационных волн, возникающих в результате слияния двойной системы нейтронных звезд. Наблюдение переходного процесса GW170817 , произошедшего 17 августа 2017 года, позволило ограничить массы задействованных нейтронных звезд между 0,86 и 2,26 масс Солнца. Дальнейший анализ позволил сильнее ограничить значения масс интервалом 1,17–1,60 солнечных масс, при этом измеренная общая масса системы составила 2,73–2,78 солнечных масс. Включение детектора Virgo в программу наблюдения позволило улучшить локализацию источника в 10 раз. Это, в свою очередь, облегчило электромагнитное наблюдение за событием. В отличие от случая слияния двойных черных дыр, ожидалось, что слияния двойных нейтронных звезд дадут электромагнитный аналог, то есть световой сигнал, связанный с событием. Гамма-всплеск ( GRB 170817A ) был обнаружен космическим гамма-телескопом Ферми. , происходящее через 1,7 секунды после перехода гравитационной волны. Сигнал, возникший вблизи галактики NGC 4993 , был связан со слиянием нейтронных звезд. Это было подтверждено электромагнитным наблюдением за событием ( AT 2017gfo ), в котором приняли участие 70 телескопов и обсерваторий и были получены наблюдения в большой области электромагнитного спектра, которые еще раз подтвердили природу нейтронных звезд слившихся объектов и связанных с ними килоновых . [111] [112]

В 2021 году в Astrophysical Journal Letters было опубликовано сообщение об обнаружении первых двух двойных нейтронных звезд и черных дыр детекторами LIGO и VIRGO, что позволило впервые установить границы количества таких систем. До гравитационных наблюдений ни одна двойная нейтронная звезда-черная дыра не наблюдалась обычными средствами. [9]

Микроскопические источники [ править ]

В 1964 г. Л. Халперн и Б. Лоран теоретически доказали, что в атомах возможны гравитационные электронные переходы со спином 2. По сравнению с электрическими и магнитными переходами вероятность излучения чрезвычайно мала. Обсуждалось стимулированное излучение для повышения эффективности процесса. Из-за отсутствия зеркал или резонаторов для гравитационных волн они определили, что однопроходный ГАЗЕР (разновидность лазера, излучающего гравитационные волны) практически невозможен. [113]

В 1998 г. возможность иной реализации приведенного выше теоретического анализа была предложена Джорджио Фонтана. Требуемая когерентность для практического GASER может быть получена с помощью куперовских пар в сверхпроводниках , которые характеризуются макроскопической коллективной волновой функцией. Купратные высокотемпературные сверхпроводники характеризуются наличием s- и d-волн. [114] Куперовские пары. Переходы между s-волной и d-волной представляют собой гравитационный спин-2. Нарушение равновесных условий можно вызвать путем введения куперовских пар s-волны из низкотемпературного сверхпроводника, например свинца или ниобия , который представляет собой чистую s-волну, с помощью джозефсоновского перехода с высоким критическим током. Механизм усиления можно описать как эффект сверхизлучения , и 10 кубических сантиметров купратного высокотемпературного сверхпроводника кажутся достаточными для правильной работы механизма. Подробное описание подхода можно найти в книге «Высокотемпературные сверхпроводники как квантовые источники гравитационных волн: ВТСП ГАЗЕР». Глава 3 этой книги. [115]

В художественной литературе [ править ]

В эпизоде ​​русского научно-фантастического романа Аркадия и Бориса Стругацких «Космический ученик» 1962 года по показан эксперимент наблюдению за распространением гравитационных волн за счет уничтожения куска астероида 15 Юномия размером с гору Эверест . [116]

В романе Станислава Лема » 1986 года « Фиаско «гравитационная пушка» или «грацер» (усиление гравитации за счет коллимированного резонансного излучения) используется для изменения формы коллапсара, чтобы главные герои могли использовать крайние релятивистские эффекты и совершить межзвездное путешествие.

В Грега Игана романе «Диаспора» 1997 года анализ гравитационно-волнового сигнала от спирали близлежащей двойной нейтронной звезды показывает, что ее столкновение и слияние неизбежны, подразумевая, что большой гамма-всплеск столкнется с Землей.

В Лю Цысиня 2006 года серии «Воспоминания о прошлом Земли» гравитационные волны используются в качестве сигнала межзвездного вещания, который служит центральной точкой сюжета в конфликте между цивилизациями внутри галактики.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «О динамике электрона — Записка Анри Пуанкаре, опубликованная в «Отчётах сессии Академии наук от 5 июня 1905 года — Члены Академии наук с момента её создания» [О динамике электрона — Записка Анри Пуанкаре опубликовано в «Отчётах Академии наук о сессии от 5 июня 1905 года — Члены Академии наук с момента её создания» (PDF) . www.academie-sciences.fr (на французском языке) . Проверено 3 ноября 2023 г.
  2. ^ Дэвис, Пол (1980). Поиск гравитационных волн . Кембридж [Англ.]; Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-23197-8 .
  3. ^ Эйнштейн, А. (июнь 1916 г.). «Приближенное интегрирование уравнений поля гравитации» . Труды Королевской прусской академии наук в Берлине . часть 1: 688–696. Бибкод : 1916SPAW.......688E . Архивировано из оригинала 15 января 2016 г. Проверено 15 ноября 2014 г.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Эйнштейн, А (1918). «О гравитационных волнах» . Труды Королевской прусской академии наук в Берлине . часть 1: 154–167. Бибкод : 1918SPAW.......154E . Архивировано из оригинала 15 января 2016 г. Проверено 15 ноября 2014 г.
  5. ^ Финли, Дэйв. «Теория гравитации Эйнштейна выдерживает самое жесткое испытание: причудливая двойная звездная система подталкивает изучение теории относительности к новым пределам» . Физ.орг.
  6. ^ Обнаружение гравитационных волн с помощью LIGO, Б. Бариш. Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine.
  7. ^ Эйнштейн, Альберт; Розен, Натан (январь 1937 г.). «О гравитационных волнах». Журнал Института Франклина . 223 (1): 43–54. Бибкод : 1937FrInJ.223...43E . дои : 10.1016/S0016-0032(37)90583-0 .
  8. ^ Чанг, Кеннет (29 июня 2021 г.). «Черная дыра пировала на нейтронной звезде. 10 дней спустя это произошло снова – астрономы давно подозревали, что произошли столкновения между черными дырами и мертвыми звездами, но у них не было никаких доказательств до пары недавних открытий» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 29 июня 2021 г.
  9. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Эбботт, Р.; и др. (29 июня 2021 г.). «Наблюдение гравитационных волн от слияния двух нейтронных звезд и черных дыр» . Письма астрофизического журнала . 915 (1): Л5. arXiv : 2106.15163 . Бибкод : 2021ApJ...915L...5A . дои : 10.3847/2041-8213/ac082e . S2CID   235670241 .
  10. ^ «Первая секунда Большого взрыва». Как устроена Вселенная 3 . 2014. Открытие Наука .
  11. ^ Бернард Шюц (14 мая 2009 г.). Первый курс общей теории относительности . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-88705-2 .
  12. ^ Научное сотрудничество ЛИГО; Сотрудничество Девы (2012). «Поиск гравитационных волн в результате компактного бинарного слияния малой массы в шестом научном забеге LIGO и научных заходах 2 и 3 Virgo». Физический обзор D . 85 (8): 082002. arXiv : 1111.7314 . Бибкод : 2012ФРвД..85х2002А . doi : 10.1103/PhysRevD.85.082002 . S2CID   6842810 .
  13. ^ «LIGO, Virgo и KAGRA повышают свой показатель сигнала до 90» . www.aei.mpg.de. ​Институт гравитационной физики Макса Планка . Проверено 13 ноября 2021 г.
  14. ^ Краусс, Л.М.; Додельсон, С; Мейер, С. (2010). «Первичные гравитационные волны и космология». Наука . 328 (5981): 989–992. arXiv : 1004.2504 . Бибкод : 2010Sci...328..989K . дои : 10.1126/science.1179541 . ПМИД   20489015 . S2CID   11804455 .
  15. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хокинг, Юго-Запад; Израиль, В. (1979). Общая теория относительности: обзор столетия Эйнштейна . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 98. ИСБН  978-0-521-22285-3 .
  16. ^ Хартл, Дж. Б. (2003). Гравитация: введение в общую теорию относительности Эйнштейна . Аддисон-Уэсли . п. 332. ИСБН  978-981-02-2749-4 .
  17. ^ Тейлор, Эдвин Ф .; Уиллер, Джон Арчибальд (1991). Физика пространства-времени (2-е изд.). п. 12.
  18. ^ «GW170817 Пресс-релиз» . Лаборатория ЛИГО – Калифорнийский технологический институт .
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Персонал (17 марта 2014 г.). «Публикация результатов BICEP2 за 2014 год» . Национальный научный фонд . Проверено 18 марта 2014 г.
  20. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Клавин, Уитни (17 марта 2014 г.). «Технологии НАСА рассматривают рождение Вселенной» . НАСА . Проверено 17 марта 2014 г.
  21. ^ До свидания, Деннис (17 марта 2014 г.). «Обнаружение волн в космических контрфорсах, знаменующих теорию Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 марта 2014 г.
  22. ^ Хевисайд О. Гравитационная и электромагнитная аналогия, Электромагнитная теория , 1893, том 1 455–466 Приложение B
  23. ^ (PDF) Члены Академии наук с момента ее создания: Анри Пуанкаре. О динамике электрона. Записка А. Пуанкаре. CRT140 (1905) 1504–1508.
  24. ^ «страница 1507» (PDF) .
  25. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час Сервантес-Кота, JL; Галиндо-Урибарри, С.; Смут, Г.Ф. (2016). «Краткая история гравитационных волн» . Вселенная . 2 (3): 22. arXiv : 1609.09400 . Бибкод : 2016Унив....2...22C . дои : 10.3390/universe2030022 . S2CID   2187981 .
  26. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Дэниел Кеннефик (29 марта 2016 г.). Путешествие со скоростью мысли: Эйнштейн и поиск гравитационных волн . Издательство Принстонского университета. ISBN  978-1-4008-8274-8 .
  27. ^ Пирани, Феликс (1956), «О физическом значении тензора Римана», Acta Physica Polonica , 15 : 389–405, Bibcode : 1956AcPP...15..389P
  28. ^ Дэвид Робинсон, Гравитация и общая теория относительности в Королевском колледже Лондона, European Physical Journal H 44, стр. 181–270 (2019)
  29. ^ Скьюс, Бен (1 сентября 2022 г.). «Черные дыры — тема | Медиатека Линдау» . Медиатека Нобеля в Линдау . Проверено 2 ноября 2023 г.
  30. ^ Дебнат, Локенат (2013). «Краткая биография Поля А.М. Дирака и историческое развитие дельта-функции Дирака» . Международный журнал математического образования в области науки и технологий . 44 (8): 1201–1223. Бибкод : 2013IJMES..44.1201D . дои : 10.1080/0020739X.2013.770091 . ISSN   0020-739X . S2CID   121423215 .
  31. ^ Нобелевская премия (1993) Пресс-релиз Шведской королевской академии наук.
  32. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Тейлор, Дж. Х.; Фаулер, Луизиана; Маккалок, премьер-министр (1979). «Общие измерения релятивистских эффектов в двойном пульсаре PSR 1913+16». Природа . 277 : 437–440. Бибкод : 1982ApJ...253..908T . дои : 10.1086/159690 .
  33. ^ Тейлор, Дж.; Вайсберг, Дж. М. (1979). «Новый тест общей теории относительности: гравитационное излучение и двойной пульсар PSR 1913+16». Астрофизический журнал . 253 (5696): 908–920. Бибкод : 1979Natur.277..437T . дои : 10.1038/277437a0 . S2CID   22984747 .
  34. ^ Герценштейн, М.Э.; Пустовойт, В.И. (1962). «Об обнаружении низкочастотных гравитационных волн». ЖЭТФ . 43 : 605–607.
  35. ↑ Чо, Адриан (3 октября 2017 г.). « Рябь в космосе: американская троица получила Нобелевскую премию по физике за открытие гравитационных волн », Science . Проверено 20 мая 2019 г.
  36. ^ Сервантес-Кота, Хорхе Л., Галиндо-Урибарри, Сальвадор и Смут, Джордж Ф. (2016). « Краткая история гравитационных волн », Вселенная, 2 , вып. 3, 22. Проверено 20 мая 2019 г.
  37. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Обнаружены гравитационные волны от черных дыр» . Новости Би-би-си . 11 февраля 2016 г.
  38. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Эбботт Б.П. и др. (Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo) (2016). «Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр». Письма о физических отзывах . 116 (6): 061102.arXiv : 1602.03837 . Бибкод : 2016PhRvL.116f1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . ПМИД   26918975 . S2CID   124959784 .
  39. ^ «Гравитационные волны обнаружены через 100 лет после предсказания Эйнштейна | NSF — Национальный научный фонд» . www.nsf.gov . Проверено 11 февраля 2016 г.
  40. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Кастельвекки, Давиде; Витце, Витце (11 февраля 2016 г.). «Наконец-то найдены гравитационные волны Эйнштейна» . Новости природы . дои : 10.1038/nature.2016.19361 . S2CID   182916902 . Проверено 11 февраля 2016 г.
  41. ^ «Это столкновение было в 50 раз мощнее, чем все звезды во Вселенной вместе взятые» .
  42. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Скоулз, Сара (11 февраля 2016 г.). «Первое в истории обнаружение гравитационных волн LIGO открывает новое окно во Вселенную» . Проводной .
  43. ^ Клара Московиц (17 марта 2014 г.). «Обнаружены гравитационные волны от Большого взрыва» . Научный американец . Проверено 21 марта 2016 г.
  44. ^ Ян Сэмпл (4 июня 2014 г.). «Гравитационные волны превращаются в пыль после заявлений об ошибочном анализе» . Хранитель .
  45. ^ Ринкон, Пол; Амос, Джонатан (3 октября 2017 г.). «Волны Эйнштейна получили Нобелевскую премию» . Новости Би-би-си . Проверено 3 октября 2017 г.
  46. ^ Прощай, Деннис (3 октября 2017 г.). «Нобелевская премия по физике 2017 года присуждена исследователям черных дыр LIGO» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 октября 2017 г.
  47. ^ Кайзер, Дэвид (3 октября 2017 г.). «Обучение гравитационным волнам» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 октября 2017 г.
  48. ^ О'Каллаган, Джонатан (4 августа 2023 г.). «Фоновый «гул» пронизывает Вселенную. Ученые спешат найти его источник. Сейчас астрономы пытаются определить происхождение захватывающей новой формы гравитационных волн, о которой было объявлено ранее в этом году» . Научный американец . Архивировано из оригинала 4 августа 2023 года . Проверено 4 августа 2023 г.
  49. ^ «15 лет радиоданных свидетельствуют о пространственно-временном шуме» . Лаборатория реактивного движения НАСА . Проверено 30 июня 2023 г.
  50. ^ Второй выпуск данных из Европейской системы синхронизации пульсаров III. Поиск сигналов гравитационных волн
  51. ^ «Новый подход ко Вселенной» .
  52. ↑ Пресс-конференция LIGO, 11 февраля 2016 г.
  53. ^ Ландау, Л.Д.; Лифшиц, Э.М. (1975). Классическая теория полей (Четвертое исправленное английское изд.). Пергамон Пресс. стр. 356–357. ISBN  978-0-08-025072-4 .
  54. ^ НАУКА И ОБНАРУЖЕНИЕ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН; раздел: «Введение, страница 1» (PDF) , получено 8 октября 2022 г.
  55. ^ «Лаборатория гравитационной астрофизики» . science.gsfc/nasa.gov . Проверено 20 сентября 2016 г.
  56. ^ Питерс, П.; Мэтьюз, Дж. (1963). «Гравитационное излучение точечных масс на кеплеровской орбите». Физический обзор . 131 (1): 435–440. Бибкод : 1963PhRv..131..435P . дои : 10.1103/PhysRev.131.435 .
  57. ^ Питерс, П. (1964). «Гравитационное излучение и движение двухточечных масс» (PDF) . Физический обзор . 136 (4Б): Б1224–Б1232. Бибкод : 1964PhRv..136.1224P . дои : 10.1103/PhysRev.136.B1224 .
  58. ^ Маджоре, Мишель (2007). Гравитационные волны: Том 1, Теория и эксперименты . Издательство Оксфордского университета. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-152474-5 . OCLC   319064125 .
  59. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Глава 16 Гравитационные [ так в оригинале ] Волны» (PDF) . AW Физические макросы . 9 сентября 2015 г. Архивировано из оригинала (PDF) 29 января 2016 г.
  60. ^ «Телескопы ESO наблюдают первый свет от источника гравитационных волн – слияние нейтронных звезд рассеивает золото и платину в космос» . www.eso.org . Проверено 18 октября 2017 г.
  61. ^ Научное сотрудничество LIGO – часто задаваемые вопросы; раздел: «Ожидаем ли мы, что передовые детекторы LIGO сделают открытие?» и «Что такого особенного в усовершенствованных детекторах LIGO?» , получено 14 февраля 2016 г.
  62. ^ Торн, Кип (18 декабря 2018 г.). «Нобелевская лекция: LIGO и гравитационные волны III» . Преподобный Мод. Физ . 90 (40503): 040503. Бибкод : 2018RvMP...90d0503T . doi : 10.1103/RevModPhys.90.040503 . S2CID   125431568 .
  63. ^ Преториус, Франс (2005). «Эволюция бинарных пространств-временей черных дыр». Письма о физических отзывах . 95 (12): 121101. arXiv : gr-qc/0507014 . Бибкод : 2005PhRvL..95l1101P . doi : 10.1103/PhysRevLett.95.121101 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   16197061 . S2CID   24225193 .
  64. ^ Кампанелли, М.; Лусто, Колорадо; Марронетти, П.; Злохауэр, Ю. (2006). «Точная эволюция вращающихся двойных черных дыр без вырезания». Письма о физических отзывах . 96 (11): 111101. arXiv : gr-qc/0511048 . Бибкод : 2006PhRvL..96k1101C . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.111101 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   16605808 . S2CID   5954627 .
  65. ^ Бейкер, Джон Г.; Центрелла, Джоан ; Чой, Даэ-Иль; Коппитц, Майкл; ван Метер, Джеймс (2006). «Извлечение гравитационных волн из вдохновляющей конфигурации сливающихся черных дыр». Письма о физических отзывах . 96 (11): 111102. arXiv : gr-qc/0511103 . Бибкод : 2006PhRvL..96k1102B . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.111102 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   16605809 . S2CID   23409406 .
  66. ^ «Кора нейтронной звезды прочнее стали» . Space.com . 18 мая 2009 года . Проверено 1 июля 2016 г.
  67. ^ Мерритт, Д .; и др. (май 2004 г.). «Последствия отдачи гравитационной волны». Письма астрофизического журнала . 607 (1): L9–L12. arXiv : astro-ph/0402057 . Бибкод : 2004ApJ...607L...9M . дои : 10.1086/421551 . S2CID   15404149 .
  68. ^ Гуаландрис А., Мерритт Д. и др. (май 2008 г.). «Выброс сверхмассивных черных дыр из ядер галактик». Астрофизический журнал . 678 (2): 780–797. arXiv : 0708.0771 . Бибкод : 2008ApJ...678..780G . дои : 10.1086/586877 . S2CID   14314439 .
  69. ^ Мерритт, Д .; Шнитман, доктор медицинских наук; Комосса, С. (2009). «Гиперкомпактные звездные системы вокруг отталкивающихся сверхмассивных черных дыр». Астрофизический журнал . 699 (2): 1690–1710. arXiv : 0809.5046 . Бибкод : 2009ApJ...699.1690M . дои : 10.1088/0004-637X/699/2/1690 . S2CID   17260029 .
  70. ^ Комосса, С.; Чжоу, Х.; Лу, Х. (май 2008 г.). «Отступающая сверхмассивная черная дыра в квазаре SDSS J092712.65+294344.0?». Астрофизический журнал . 678 (2): L81–L84. arXiv : 0804.4585 . Бибкод : 2008ApJ...678L..81K . дои : 10.1086/588656 . S2CID   6860884 .
  71. ^ Для сравнения геометрического вывода и (негеометрического) вывода поля спина 2 общей теории относительности см. блок 18.1 (а также 17.2.5) документа. Миснер, CW ; Торн, Канзас ; Уилер, Дж. А. (1973). Гравитация . У. Х. Фриман . ISBN  978-0-7167-0344-0 .
  72. ^ Лайтман, AP; Пресс, WH; Цена, относительная влажность; Теукольский С.А. (1975). «Задача 12.16». Задачаник по теории относительности и гравитации . Издательство Принстонского университета . ISBN  978-0-691-08162-5 .
  73. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мак, Кэти (12 июня 2017 г.). «Черные дыры, космические столкновения и пульсация пространства-времени» . Scientific American (блоги) .
  74. ↑ Обновленная информация о науке о гравитационных волнах от научного сотрудничества LIGO-Virgo (видео пресс-конференции), получено 27 сентября 2017 г.
  75. ^ Гоф, Эван (11 февраля 2016 г.). «Обнаружены гравитационные волны: новое окно во Вселенную» . Вселенная сегодня . Проверено 30 марта 2021 г.
  76. ^ Берри, Кристофер (14 мая 2015 г.). «Слушаем гравитационную вселенную: чего мы не можем видеть?» . Университет Бирмингема . Университет Бирмингема . Проверено 29 ноября 2015 г.
  77. ^ Грищук, Л.П. (1976). «Первичные гравитоны и возможность их наблюдения». Сов. Физ. Письмо в ЖЭТФ . 23 (6): 293–296. Бибкод : 1976ЖПмР..23..326Г . Номера PACS: 04.30. +х, 04.90. + е
  78. ^ Брагинский В.Б., Руденко и Валентин Н. Раздел 7: «Генерация гравитационных волн в лаборатории», Physics Report (раздел обзора Physics Letters ), 46, № 5. 165–200, (1978).
  79. ^ Ли, Фангю, Бейкер, Р. М.Л. младший и Вудс, Р.С., «Генерация высокочастотных гравитационных волн пьезоэлектрическим кристаллическим резонатором и обнаружение синхрорезонанса», в материалах Международного форума космических технологий и приложений (STAIF). -2006) , под редакцией М.С. Эль-Генка, Материалы конференции AIP , Мелвилл, штат Нью-Йорк, 813: 2006.
  80. ^ Уолл, SPACE.com, Майк. «Гравитационные волны отправляют в полет сверхмассивную черную дыру» . Научный американец . Проверено 27 марта 2017 г.
  81. ^ Чиаберге, М.; Эли, Джей Си; Мейер, ET; Георганопулос, М.; Маринуччи, А.; Бьянки, С.; Трамбле, Греция; Гильберт, Б.; Котила, Япония (16 ноября 2016 г.). «Загадочный случай радиогромкого QSO 3C 186: гравитационная волна, отталкивающая черную дыру в молодом радиоисточнике?». Астрономия и астрофизика . 600 : А57. arXiv : 1611.05501 . Бибкод : 2017A&A...600A..57C . дои : 10.1051/0004-6361/201629522 . S2CID   27351189 .
  82. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Коуэн, Рон (30 января 2015 г.). «Открытие гравитационных волн официально мертво». природа . дои : 10.1038/nature.2015.16830 .
  83. ^ Научное сотрудничество LIGO; Сотрудничество Девы (2004). «Релятивистский двойной пульсар B1913+16: тридцать лет наблюдений и анализа». Двойные радиопульсары . 328 : 25. arXiv : astro-ph/0407149 . Бибкод : 2005ASPC..328...25W .
  84. ^ Тейлор, Дж. Х.; Вайсберг, Дж. М. (1979). «Новый тест общей теории относительности: гравитационное излучение и двойной пульсар PSR 1913+16». Астрофизический журнал . 253 (5696): 908–920. Бибкод : 1979Natur.277..437T . дои : 10.1038/277437a0 . S2CID   22984747 .
  85. ^ Хуанг, Ю.; Вайсберг, Дж. М. (2016). «Релятивистские измерения по времени двойного пульсара PSR B1913 + 16» . Астрофизический журнал . 829 (1): 55. arXiv : 1606.02744 . Бибкод : 2016ApJ...829...55W . дои : 10.3847/0004-637X/829/1/55 . S2CID   119283147 .
  86. ^ «Нобелевские премии и лауреаты – NobelPrize.org» . NobelPrize.org .
  87. ^ Дамур, Тибо (2015). «1974: открытие первого двойного пульсара». Классическая и квантовая гравитация . 32 (12): 124009. arXiv : 1411.3930 . Бибкод : 2015CQGra..32l4009D . дои : 10.1088/0264-9381/32/12/124009 . S2CID   118307286 .
  88. ^ Разрушение черных дыр
  89. ↑ Двоичные и миллисекундные пульсары. Архивировано 1 марта 2012 г. в Wayback Machine.
  90. ^ «Шум и чувствительность» . гвооптика: Электронная книга «Гравитационные волны» . Университет Бирмингема . Проверено 10 декабря 2015 г.
  91. ^ Торн, Кип С. (1995). «Гравитационные волны» . Частицы и ядерная астрофизика и космология в следующем тысячелетии : 160. arXiv : gr-qc/9506086 . Бибкод : 1995pnac.conf..160T .
  92. ^ Блэр Д.Г., изд. (1991). Обнаружение гравитационных волн . Издательство Кембриджского университета.
  93. ^ Обзор ранних экспериментов с использованием стержней Вебера см. Левин, Дж. (апрель 2004 г.). «Ранние эксперименты по обнаружению гравитационных волн, 1960–1975». Физика в перспективе . 6 (1): 42–75. Бибкод : 2004PhP.....6...42L . дои : 10.1007/s00016-003-0179-6 . S2CID   76657516 .
  94. ^ Де Ваард, А.; Готтарди, Л.; Фроссати, Г. (2006). «MiniGRAIL, первый сферический детектор гравитационных волн» . Последние достижения в гравитационной физике : 415. Бибкод : 2006rdgp.conf..415D .
  95. ^ де Ваард, Арлетт; Лучано Готтарди; Джорджо Фроссати (июль 2000 г.). Детекторы сферических гравитационных волн: охлаждение и добротность небольшой сферы CuAl6% . Встреча Марселя Гроссмана по общей теории относительности. Рим, Италия: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. (опубликовано в декабре 2002 г.). стр. 1899–1901. Бибкод : 2002nmgm.meet.1899D . дои : 10.1142/9789812777386_0420 . ISBN  9789812777386 .
  96. ^ Круз, Майк. «Научные интересы» . Группа астрофизики и космических исследований . Университет Бирмингема . Архивировано из оригинала 21 июня 2017 года . Проверено 29 ноября 2015 г.
  97. ^ Высокочастотные реликтовые гравитационные волны. Архивировано 16 февраля 2016 г. в Wayback Machine . стр. 12
  98. ^ Идея использования лазерной интерферометрии для обнаружения гравитационных волн была впервые упомянута Герстенштейном и Пустовойтом в 1963 г. Сов. Phys.–JETP 16 433. Вебер упомянул об этом в неопубликованной лабораторной тетради. Райнер Вайс впервые подробно описал практическое решение с анализом реалистичных ограничений метода в работе Р. Вайса (1972). «Широкополосная гравитационная антенна с электромагнитной связью». Квартальный отчет о проделанной работе, Исследовательская лаборатория электроники, Массачусетский технологический институт 105: 54.
  99. ^ Научное сотрудничество ЛИГО; Сотрудничество Девы (2010). «Прогнозы скорости компактных двойных слияний, наблюдаемых наземными детекторами гравитационных волн». Классическая и квантовая гравитация . 27 (17): 17300. arXiv : 1003.2480 . Бибкод : 2010CQGra..27q3001A . дои : 10.1088/0264-9381/27/17/173001 . S2CID   15200690 .
  100. ^ «Эйнштейн@Дома» .
  101. ^ «IOPscience - Сосредоточьтесь на наборе данных NANOGrav за 15 лет и фоне гравитационных волн» .
  102. ^ «Спустя 15 лет определение времени пульсаров свидетельствует о наличии фона космических гравитационных волн» . 2022.
  103. ^ Хеллингс, РВ; Даунс, Г.С. (1983). «Верхние пределы фона изотропного гравитационного излучения на основе анализа времени пульсаров» . Письма астрофизического журнала . 265 : L39–L42. Бибкод : 1983ApJ...265L..39H . дои : 10.1086/183954 .
  104. ^ Арзуманян З. и др. (Коллаборация НАНОГрав) (2018). «Набор данных NANOGrav за 11 лет: ограничения времени пульсаров на фоне стохастических гравитационных волн» . Астрофизический журнал . 859 (1): 47. arXiv : 1801.02617 . Бибкод : 2018ApJ...859...47A . дои : 10.3847/1538-4357/aabd3b . S2CID   89615050 .
  105. ^ Хоббс, Г.; и др. (2010). «Проект Международного проекта Pulsar Timing Array: использование пульсаров в качестве детектора гравитационных волн». Классическая и квантовая гравитация . 27 (8): 084013. arXiv : 0911.5206 . Бибкод : 2010CQGra..27h4013H . дои : 10.1088/0264-9381/27/8/084013 . S2CID   56073764 .
  106. ^ Агази, Габриэлла; Анумарлапуди, Акаш; Арчибальд, Энн М.; Арзуманян, Завен; Бейкер, Пол Т.; Бечи, Бенс; Блеха, Лаура; Брейзер, Адам; Брук, Пол Р.; Берк-Сполаор, Сара; Бернетт, Рэнд; Кейс, Робин; Чариси, Мария; Чаттерджи, Шами; Хациоанну, Катерина (01 июля 2023 г.). «Набор данных NANOGrav за 15 лет: доказательства гравитационно-волнового фона» . Письма астрофизического журнала . 951 (1): Л8. arXiv : 2306.16213 . Бибкод : 2023ApJ...951L...8A . дои : 10.3847/2041-8213/acdac6 . ISSN   2041-8205 .
  107. ^ Коллаборация НАНОГрав (29 июня 2023 г.). «Сосредоточьтесь на 15-летнем наборе данных NANOGrav и фоне гравитационных волн» . Письма астрофизического журнала .
  108. ^ Крамер, Сара (11 февраля 2016 г.). «Это столкновение было в 50 раз мощнее, чем все звезды во Вселенной вместе взятые» . Бизнес-инсайдер . Проверено 6 сентября 2020 г.
  109. ^ «Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр» (PDF) . LIGO при сотрудничестве интерферометра Virgo . 2016 . Проверено 14 сентября 2015 г.
  110. ^ Хиткот, Уильям (2018). MYP по физике, 4 и 5 классы: концептуальный подход . Грейт-Кларендон-стрит , Оксфорд : Издательство Оксфордского университета. п. 56. ИСБН  9780198397960 .
  111. ^ Эбботт Б.П. и др. ( Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo ) (16 октября 2017 г.). «GW170817: Наблюдение гравитационных волн от спирали двойной нейтронной звезды». Письма о физических отзывах . 119 (16): 161101. arXiv : 1710.05832 . Бибкод : 2017PhRvL.119p1101A . doi : 10.1103/PhysRevLett.119.161101 . ПМИД   29099225 . S2CID   217163611 .
  112. ^ «GW170817 Пресс-релиз» . Лаборатория ЛИГО | Калтех . Проверено 17 октября 2017 г.
  113. ^ Халперн, Л.; Лоран, Б. (1 августа 1964 г.). «О гравитационном излучении микроскопических систем» . Иль Нуово Чименто . 33 (3): 728–751. Бибкод : 1964NCim...33..728H . дои : 10.1007/BF02749891 . ISSN   1827-6121 . S2CID   121980464 .
  114. ^ Мюллер, К. Алекс (1996). «О «s» и «d» волновой симметрии в высокотемпературных купратных сверхпроводниках» . В Кламуте, Ян; Телятина, Бойд В.; Домбровский, Богдан М.; Кламут, Петр В. (ред.). Последние достижения в области высокотемпературной сверхпроводимости . Конспект лекций по физике. Том. 475. Берлин, Гейдельберг: Шпрингер. п. 151. Бибкод : 1996ЛНП...475..151М . дои : 10.1007/BFb0102023 . ISBN  978-3-540-70695-3 .
  115. ^ Моданезе, Джованни; а. Робертсон, Глен, ред. (2012). Взаимодействие гравитации со сверхпроводниками: теория и эксперимент . дои : 10.2174/97816080539951120101 . ISBN  978-1-60805-400-8 . {{cite book}}: |website= игнорируется ( помогите )
  116. ^ М. Е. Герстенштейн; В. И. Пустовойт (1962). «Об обнаружении низкочастотных гравитационных волн». ЖЭТФ . 16 (8): 605–607. Бибкод : 1963ЖЭТП...16..433Г .

Дальнейшее чтение [ править ]

Библиография [ править ]

  • Берри, Майкл , Принципы космологии и гравитации (Адам Хилгер, Филадельфия, 1989). ISBN   0-85274-037-9
  • Коллинз, Гарри , Тень гравитации: поиск гравитационных волн , University of Chicago Press, 2004. ISBN   0-226-11378-7
  • Коллинз, Гарри, Поцелуй гравитации: обнаружение гравитационных волн (MIT Press, Кембридж, Массачусетс, 2017). ISBN   978-0-262-03618-4 .
  • Дэвис, PCW , Поиск гравитационных волн (Издательство Кембриджского университета, 1980). ISBN   0521231973 .
  • Гроте, Хартмут, Гравитационные волны: история открытия (CRC Press, Taylor & Francisco Group, Бока-Ратон/Лондон/Нью-Йорк, 2020). ISBN   978-0-367-13681-9 .
  • П. Дж. Пиблс , Принципы физической космологии (издательство Принстонского университета, Принстон, 1993). ISBN   0-691-01933-9 .
  • Уилер, Джон Арчибальд и Чуфолини, Игнацио, Гравитация и инерция (Издательство Принстонского университета, Принстон, 1995). ISBN   0-691-03323-4 .
  • Вульф, Гарри, изд., «Некоторая странность в пропорциях» (Аддисон-Уэсли, Ридинг, Массачусетс, 1980). ISBN   0-201-09924-1 .

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с гравитационными волнами .
Найдите гравитационную волну в Викисловаре, бесплатном словаре.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gravitational_wave&oldid=1227021395"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2df99115c3d7096b14c2eedf0f2c7493__1717382940
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2d/93/2df99115c3d7096b14c2eedf0f2c7493.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Gravitational wave - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)