Гравитационная волна

Гравитацио́нная волна́ — возмущение гравитационного поля, распространяющееся со скоростью света.

Уравнения Эйнштейна имеют решения волнового типа, представляющие собой движущееся со скоростью света возбуждение метрики пространства-времени. Слабая (линейная) гравитационная волна является поперечной и описывается двумя независимыми компонентами (имеет две поляризации).

Содержание

Генерация гравитационных волн

Гравитационную волну излучает любая движущаяся ускоренно материя. Для возникновения волны существенной амплитуды необходимы чрезвычайно большая масса излучателя или/и огромные ускорения, амплитуда гравитационной волны прямо пропорциональна ускорению и массе генератора т. е. ~ma. Однако, если некоторый объект движется ускоренно, то это означает, что на него действует некоторая сила со стороны другого объекта. В свою очередь этот другой объект испытывает обратное действие (по 3-му закону Ньютона), при этом оказывается, что m1a1 = -m2a2. Получается, что два объекта излучают гравитационные волны только в паре, причём в результате интерференции они существенно взаимно гасятся. Поэтому гравитационное излучение всегда носит характер квадрупольного излучения. Квадрупольное излучение всегда сосредоточенно в узком диапазоне направлений, что затрудняет его регистрацию. Кроме того, для нерелятивистких излучателей, в выражении для интенсивности излучения имеется малый параметр \left(\frac{r}{c T}\right)^4 (r — характерный размер излучателя, T — характерный период движения излучателя, c — скорость света в вакууме).

Для солнечной системы, например, наибольшее гравитационное излучение производит система из Солнца и Юпитера. Мощность этого излучения примерно 5 киловатт, таким образом, энергия теряемая солнечной системой на гравитационное излучение за год совершенно ничтожна по сравнению с характерной кинетической энергией тел.

Наиболее сильными источниками гравитационных волн являются:

  • сталкивающиеся галактики (гигантские массы, небольшие ускорения)
  • гравитационный коллапс двойной системы компактных объектов (колоссальные ускорения при довольно большой массе)

Гравитационный коллапс двойной системы

Двойная компактная система состоит из пары нейтронных звёзд, чёрных дыр или их комбинации. При вращении вокруг общего центра масс такая система теряет энергию за счёт излучения гравитационных волн. Этот процесс обычно длится несколько миллионов лет и излучение достаточно слабое. В результате объекты сближаются, а их период обращения уменьшается. Однако на заключительном этапе происходит столкновение и несимметричный гравитационный коллапс. Это процесс длится доли секунды и за это время в гравитационное излучение уходит энергия, составляющая более 50 % от массы системы.

Регистрация гравитационных волн

Регистрация гравитационных волн достаточно сложна ввиду слабости последних (малого искажения метрики). Прибор для их регистрации называется гравитационной антенной или гравитационным телескопом. Попытки обнаружения гравитационных волн предпринимаются с 1970-х годов, но на данный момент нет достоверных сведений об их регистрации.

По оценкам наиболее сильными и достаточно частными источниками гравитационных волн являются катастрофы, связанные с коллапсом двойной системы в ближайших галактиках. Ожидается, что в ближайшем будущем с совершенствованием гравитационных антенн будет регистрироваться несколько подобных событий в год, искажающих метрику в окрестности Земли на 10−21 — 10−23.

См. также

  • Einstein@Home — проект распределённых вычислений для поиска гравитационных волн.
  • PSR J0737-3039 — двойная система пульсаров, исследование которой дало весомое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
  • MiniGrail - Детектор гравитационных волн

Литература

  • Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теоретичестая физика. т.2, М., «Наука», 1988 (ISBN 5-02-014420-7 (T II))Глава XIII
  • Мизнер, К. Торн, Уиллер. Гравитация. Глава 34.

Ссылки

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home