Antras gravitacinių bangų šaltinis

LIGO komanda ką tik paskelbė apie naują gravitacinių bangų signalą, užfiksuotą pernai gruodžio 26-ą dieną. Pirmasis buvo užfiksuotas rugsėjį, apie jį paskelbta šių metų vasarį.

Po truputį atsiranda daugiau informacijos. Signalas buvo silpnesnis nei tas, apie kurį paskelbta vasarį; jis atitiko 14,2 ir 7,5 Saulės masių juodųjų skylių poros susijungimą, po kurio atsirado 20,8 Saulės masės juodoji skylė. Likusi beveik viena Saulės masė išspinduliuota gravitacinėmis bangomis. Signalas iki mūsų keliavo 1,4 milijardo metų – dešimtadalį Visatos amžiaus – ir buvo tik vos pastebėtas, nes LIGO prietaisas, kad ir koks tikslus būtų, vis tiek turi ribas, ir šis signalas jų praktiškai neviršijo. Be to ir signalo forma buvo kiek kitokia – ne tokia banguojanti, kaip pirmojo, pavertus ją garsu, nebuvo charakteringo čirptelėjimo. Visgi tai irgi yra gravitacinių bangų signalas, ir tokį jį prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija. Atradimas publikuojamas Physical Review Letters.

Ką ši žinia reiškia astrofizikai? Svarbą išskirčiau dvejopą. Visų pirma, papildomai patvirtinta, kad LIGO tikrai veikia, kad signalus aptinka ir kad juos analizuojant galima gauti svarbius bei įdomius rezultatus. Antra, turėdami du gravitacinių bangų signalus (plius, aišku, daugybę ne-signalų, t.y. ankstesnių nesėkmingų bandymų tas bangas aptikti), galime pradėti kažką šnekėti apie juos kuriančius objektus ir reiškinių pasikartojimą. Aptikę vieną signalą, negalėjome būti tikri, kaip dažnai panašūs reiškiniai gali pasikartoti: galbūt tik kas šimtą ar daugiau metų, ir mums tiesiog labai pasisekė; o gas kasdien? Dabar jau daug tvirčiau galime sakyti, kad aptinkamo lygio gravitacinių bangų signalų galime tikėtis kas keletą mėnesių. Nėra labai daug, bet tikrai pakankamas dažnumas, kad būtų verta stebėti toliau. Taip pat galime įvertinti dvinarių juodųjų skylių tankį Visatoje: tam reikia šiek tiek detalesnių skaičiavimų, bet iš principo įmanoma įvertinti, kaip dažnai apskritai juodosios skylės turėtų susilieti, kad užfiksuotume du signalus per tris mėnesius. Savaime suprantama, kuo tų signalų bus aptinkama daugiau, tuo statistika taps tikslesnė.

Sklando gandai, kad LIGO duomenyse jau aptikta ir daugiau tų signalų, tik juos dar reikia išanalizuoti, kad būtų galima paskelbti. Kol kas nuo signalo aptikimo iki oficialaus paskelbimo abiem atvejais praėjo po beveik pusę metų; ateityje gal pranešimų sulauksime greičiau.

Apie pirmąjį gravitacinių bangų signalą plačiau rašiau čia.

Laiqualasse

5 komentarai

  1. Turiu klausimą:
    Ar, tarkim, saulė ar gretima galaktika irgi skleidžia gravitacines bangas, tik jos per silpnos, kad užfiksuotume, ar visgi tie juodųjų skylių susiliejimai yra kažkuo ypatingi reliatyvumo teorijoje?

    1. Gravitacines bangas iš principo skleidžia bet koks kūnas, judantis su pagreičiu. Bet amplitudės tų bangų yra tokios mažos, kad aptikti nėra kaip. Labai grubiai (ir galbūt neteisingai, bet gal bent eilės dydį pataikydamas) įvertinčiau, kad gravitacinės bangos amplitudė ties judančiu kūnu yra lygi jo pagreičiui, padalintam iš $$c^4/\left(2GM\right)$$, kur c yra šviesos greitis, G – gravitacijos konstanta, o M – kūno masė. Taip vertinant, dviejų juodųjų skylių susiliejimo vietoje amplitudė lygi maždaug vienetui (išraiška yra šviesos greičio kvadratas, padalintas iš Švarcšildo spindulio). Tarkime, Žemė aplink Saulę juda su $$6\times10^{-3}$$ metrų per sekundę kvadratu pagreičiu, o aukščiau duotos išraiškos vertė Žemei yra $$\sim 10^{19}$$ metrų per sekundę kvadratu. Taigi Žemės judėjimas sukuria gravitacinę bangą, kurios amplitudė yra panaši, arba kiek mažesnė, negu tos aptiktos juodųjų skylių susiliejimo amplitudės. Bet yra dar vienas svarbus dalykas – dažnis. Juodosios skylės susiliedamos juda labai dideliu kampiniu greičiu, todėl jų kuriamų gravitacinių bangų dažnis yra dešimtys ar net šimtai hercų. Žemės judėjimo aplink Saulę dažnis – vienas apsisukimas per metus. Taigi tokiai bangai aptikti reikėtų visiškai kitokio detektoriaus ir žymiai ilgesnių stebėjimų.

Komentuoti: Laiqualasse Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *