Гравитационно-волновая астрономия

» Галактики » Гравитационно-волновая астрономия

Мы познакомились с реликтовым электромагнитным излучением, оставшимся со времени рождения Вселенной. За прошедшие миллиарды лет оно сильно «постарело» — потеряло первоначальную энергию, охладилось, но тем не менее стало для астрономов ценным носителем информации о юности нашего мира.

А теперь вспомним, что такое инфляция в космологии. Так ученые называют почти мгновенное увеличение размера Вселенной от почти нулевого до огромного. По сути, произошло рождение (образование, возникновение) пространства и времени. Точнее сказать, пространства-времени, как того требует Общая теория относительности (ОТО).

Пространство-время представляет собой геометрическую единую структуру с четырьмя измерениями. Это не некая пустота вроде про-странства-вместилища-все-го-на-свете, в котором все мы обитаем, а скорее своего рода ткань, имеющая определенные геометрические свойства. Такая ткань изменяется, деформируется под влиянием находящихся в ней тел. А сила притяжения (гравитация) появляется в результате деформации пространства-времени со стороны объектов, обладающих массой. Как, например, звезды и планеты.

Так вот, в инфляционный период расширения Вселенной при ее рождении и возникновения пространства и времени произошло чрезвычайно резкое изменение этой самой ткани пространства-времени. Натяните, например, длинную скатерть за четыре конца и затем тряхните один из них. На поверхности скатерти возникнет деформация («гравитация») и побежит в виде волны вдоль скатерти.

Точно так же побежали волны гравитации по всей Вселенной на заре ее «туманной юности». И бегут по сей день. Как и реликтовое излучение, гравитационные волны несут нам благую весть о появлении на свет нового мира. При этом важно подчеркнуть, что источниками таких волн были не какие-то материальные тела (их вообще тогда не существовало!), а именно сама стадия ускоренного расширения Вселенной, приведшая к появлению пространства-времени.

Гравитационные волны — это распространяющиеся в пространстве-времени колебания его геометрии, которые движутся со скоростью света (так называемая рябь пространства-времени). Их существование было предсказано ОТО Эйнштейна в 1915 г.

В своей статье, написанной в 1918 г., великий физик описал, какие объекты могут создавать такие волны: гантелевидные системы, которые одновременно вращаются вокруг двух осей. Согласно ОТО, пара таких массивных объектов, кружась вокруг друг друга, постепенно теряет энергию, испуская гравитационные волны. Объекты двойной системы медленно сближаются миллионы и даже миллиардьг лет. По мере сокращения расстояния между ними этот процесс ускоряется. На заключительном этапе своей жизни двойная система в считанные минуты схлопьгвается с образованием общего сверхмассивного тела. При этом испускается колоссальное количество энергии-массы и возникают особенно мощные гравитационные волны, которые можно зарегистрировать на Земле.

Проходя через определенный участок космоса, гравитационные волны растягивают пространство в одном направлении и одновременно сжимают его в перпендикулярном. Гравитационная волна, достигшая Земли, способна растянуть и сжать крупный объект (например, Останкинскую башню) на одну тысячную диаметра ядерной частицы протона.

Главные астрофизические источники гравитационных волн — это сливающиеся двойные нейтронные звезды и черные дыры, то есть два массивных объекта, связанных гравитацией в одно целое и вращающихся по орбитам вокруг друг друга.

Целый век ушел на поиски волн тяготения, то есть попытки их экспериментального обнаружения. Были потрачены громадные средства и усилия ученых многих стран. Но только 14 сентября 2015 г. удалось поймать сигналы из космоса, которые можно было с уверенностью назвать зарегистрированной гравитационной волной. Их источник расположен в южной полусфере неба. Им стали две черные дыры в момент слияния. Такой сценарий эволюции двойной системы был предсказан теоретически, но никогда не наблюдался. Факт слияния подтверждает повышение частоты гравитационных волн за время их регистрации (ведь при сближении дыры вращаются все быстрее и быстрее). Массы черных дыр составляли 29 и 36 солнечных, а удаление от Земли в момент слияния — 1,3 млрд лет световых лет. При этом событии около трех солнечных масс за считанные секунды были преобразованы в гравитационные волны. Возникшая новая черная дыра имеет массу в 62 солнечные (29 + 36 - 3 = 62).

Это интересно...

Если наполнить чайную ложку веществом, из которого состоят нейтронные звезды, то ее вес будет равняться примерно 110 миллионам тонн!

© 2013-2022 Начинаем познавать Вселенную