Гравітаційні хвилі - це
Гравітаційна хвиля - обурення гравітаційного поля. «Брижі» тканини простору-часу, що розповсюджується зі швидкістю світла. Гравітаційні хвилі передбачаються загальною теорією відносності та багатьма іншими теоріями гравітації, але зважаючи на їх надзвичайну малості поки не зареєстровані безпосередньо. Проте, непрямі свідчення їх існування досить вагомі - ОТО гравітаційних хвиль пророкує збігаються із спостереженнями темпи зближення тісних систем подвійних зірок за рахунок втрати енергії на випромінювання гравітаційних хвиль.
В рамках ОТО гравітаційні хвилі описуються рішеннями рівнянь Ейнштейна хвильового типу. що представляють собою рухається зі швидкістю світла обурення метрики простору-часу. Проявом цього обурення повинно бути, зокрема, періодична зміна відстані між двома вільно падаючими (тобто не відчувають впливу ніяких сил) пробними масами. Амплітудою h гравітаційної хвилі є безрозмірна величина - відносна зміна відстані. Передбачаються максимальні амплітуди гравітаційних хвиль від астрофізичних об'єктів (наприклад, компактних подвійних систем) і явищ (вибухів наднових, злиттів нейтронних зірок, захоплень зірок чорними дірами і т. П.) При вимірах в Сонячній системі дуже малі (h = 10 -18 -10 -23). Слабка (лінійна) гравітаційна хвиля, відповідно до загальної теорії відносності, є поперечної і описується двома незалежними компонентами (має дві поляризації).
Генерація гравітаційних хвиль
Система з двох нейтронних зірок породжує брижі простору-часу
Гравітаційну хвилю випромінює будь-яка рухається прискорено матерія. Для виникнення хвилі суттєвої амплітуди необхідні надзвичайно велика маса випромінювача або / і величезні прискорення, амплітуда гравітаційної хвилі прямо пропорційна прискоренню і масі генератора, тобто
ma. Однак, якщо деякий об'єкт рухається прискорено, то це означає, що на нього діє деяка сила з боку іншого об'єкта. У свою чергу цей інший об'єкт відчуває зворотну дію (по 3-му закону Ньютона), при цьому виявляється, що m1a1 = - m2a2. Виходить, що два об'єкти випромінюють гравітаційні хвилі тільки в парі, причому в результаті інтерференції вони істотно взаємно гасяться. Тому гравітаційне випромінювання в загальній теорії відносності завжди носить з мультипольності характер як мінімум квадрупольного випромінювання. Крім того, для нерелятівістскіх випромінювачів в вираженні для інтенсивності випромінювання є малий параметр (r - характерний розмір випромінювача, T - характерний період руху випромінювача, c - швидкість світла у вакуумі).
Для Сонячної системи. наприклад, найбільше гравітаційне випромінювання виробляє підсистема Сонця і Юпітера. Потужність цього випромінювання - приблизно 5 кіловат. таким чином, енергія, що втрачається Сонячною системою на гравітаційне випромінювання за рік, абсолютно незначна в порівнянні з характерною кінетичної енергією тел.
Найбільш потужними джерелами гравітаційних хвиль є:
- зіштовхуються галактики (гігантські маси, невеликі прискорення),
- гравітаційний колапс подвійної системи компактних об'єктів (колосальні прискорення при досить великій масі).
- При злитті нейтронних зірок гравітаційно-хвильова світність близька до максимально можливої в природі планковской світності [1].
Гравітаційний колапс подвійної системи
Будь-яка подвійна зірка при обертанні її компонент навколо загального центру мас втрачає енергію за рахунок випромінювання гравітаційних хвиль, і в кінці кінців зливається воєдино. Але для звичайних, некомпактної подвійних зірок цей процес займає дуже довгий час, багато більше справжнього віку Всесвіту. Якщо ж подвійна компактна система складається з пари нейтронних зірок. чорних дір або їх комбінації, то злиття може статися за кілька мільйонів років. Спочатку об'єкти зближуються, а їх період обертання зменшується. Однак на заключному етапі відбувається зіткнення і несиметричний гравітаційний колапс. Цей процес триває долі секунди і за цей час в гравітаційне випромінювання йде енергія, складова, за деякими оцінками, більше 50% від маси системи.
Реєстрація гравітаційних хвиль
Реєстрація гравітаційних хвиль досить складна зважаючи на слабкість останніх (малого спотворення метрики). Приладами для їх реєстрації є детектори гравітаційних хвиль. Спроби виявлення гравітаційних хвиль робляться з кінця 1960-х років. але на даний момент немає достовірних відомостей про їх безпосередньої реєстрації. Гравітаційні хвилі детектируемой амплітуди народжуються при колапсі подвійного пульсара. Подібні події відбуваються в околицях нашої галактики орієнтовно раз на десятиліття [2].
За оцінками, найбільш сильними і досить частими джерелами гравітаційних хвиль для гравітаційних телескопів і антен є катастрофи, пов'язані з коллапсами подвійних систем в найближчих галактиках. Очікується, що в найближчому майбутньому на вдосконалених гравітаційних детекторах буде реєструватися кілька подібних подій в рік, що спотворюють метрику в околиці Землі на 10 -21 - 10 -23.
Нашу Всесвіт заповнюють реліктові гравітаційні хвилі, що з'явилися в перші часи після Великого вибуху. Їх реєстрація дозволить отримати інформацію про процеси на початку народження Всесвіту. [1]
- Einstein @ Home - проект розподілених обчислень для пошуку гравітаційних хвиль.
- PSR B1913 + 16 - подвійна система - пульсар. дослідження якої дало перші непряме підтвердження існування гравітаційних хвиль.
- PSR J0737-3039 - подвійна система пульсарів. дослідження якої дало вагоме непряме підтвердження існування гравітаційних хвиль.
- гравітаційний телескоп
- швидкість гравітації
- MiniGrail - Детектор гравітаційних хвиль
- LISA - Детектування гравітаційних хвиль за допомогою космічних апаратів