Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Fale grawitacyjne

Fale grawitacyjne

Fale grawitacyjne wytwarzane przez układ dwóch bardzo szybko orbitujących wokół siebie obiektów ( gwiazd neutronowych , białych karłów , czarnych dziur)
Ogólna teoria względności
G_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = {8\pi G\over c^4} T_{\mu \nu}\,
Równanie Einsteina
Wstęp
Aparat matematyczny

Fale grawitacyjne - w ogólnej teorii względności przemieszczająca się z prędkością światła zmarszczka w czasoprzestrzeni , w mechanice nierelatywistycznej fala ta objawia się jako fala natężenia pola grawitacyjnego. Źródłem fal grawitacyjnych jest ciało poruszające się z przyspieszeniem; do uzyskania obserwowalnych efektów ciało musi mieć bardzo duże przyspieszenie i ogromną masę . Obiekt emitujący fale traci energię , która unoszona jest w postaci promieniowania , któremu odpowiada grawiton , hipotetyczna cząstka niosąca kwant fali grawitacyjnej.

Spis treści

Podstawy teoretyczne

Istnienie fal grawitacyjnych wynika z ogólnej teorii względności , sformułowanej przez Alberta Einsteina , której równania są nieliniowe, co powoduje:

Dowód pośredni

Dla słabych fal grawitacyjnych nieliniowe równania dają się aproksymować do postaci liniowej ogólnej teorii względności . Obliczenia stały się dużo prostsze, co pozwoliło na symulację wpływu fal grawitacyjnych na gwiazdy neutronowe . Okazało się, że dwa bardzo szybko obiegające się obiekty będą zwalniać na skutek emisji energii w postaci fal grawitacyjnych. Zjawisko to zostało pośrednio zaobserwowane przez Russella Hulse'a oraz Josepha Taylora . Pomiary ruchu dwóch gwiazd neutronowych dokładnie pokryły się z przewidywaniami ogólnej teorii względności. Obaj naukowcy za swoje odkrycie otrzymali w 1993 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki .

W roku 1999 opublikowano wyniki obserwacji satelity ROSAT . Odkrył on źródło promieniowania rentgenowskiego , które oznaczono jako J0806. Późniejsze obserwacje wykazały, że jest to jeden obracający się lub dwa orbitujące wokół siebie białe karły . W okresie od 6 stycznia do 22 listopada roku 2004 rentegenowski teleskop kosmiczny Chandra wykonał szereg obserwacji J0806 w zakresie miękkich promieni X . Określono częstotliwość zmian promieniowania na 3,1101380±0,0000000006×10-3 Hz . Astronomowie postawili hipotezę według, której J0806 to układ dwóch niezwykle bliskich sobie białych karłów, które okrążają się, co 5 min  21,53 s.

Odległość między nimi oszacowano na 80 000 km, czyli zaledwie czwartą część odległości między Ziemią i Księżycem . Prędkość orbitalna białych karłów została określona w przybliżeniu jako 800 km/s, a ich masa jako połowa masy Słońca . Tak szybki ruch dwóch bardzo ciężkich obiektów we wspólnym polu grawitacyjnym powinien prowadzić do utraty energii mechanicznej w postaci fal grawitacyjnych

Dokładne pomiary wykazały, że częstotliwość zmian natężenia promieniowania rentgenowskiego zmniejsza się w ciągu każdej sekundy o 3,77±0,8×10-16 Hz . W ciągu tysiąca lat okres obiegu zmniejsza się o około 1,23 s. Moc emitowanej w postaci fal grawitacyjnych energii oszacowano na 1,5 ×1032 W . Energia fal grawitacyjnych emitowanych w ciągu sekundy przez układ J0806 jest 400 000 razy większa niż cała energia wytwarzana przez Słońce.

Obiekt J0806 znajduje się zaledwie 1600 lat świetlnych od Ziemi, co czyni go jednym z najłatwiejszych do wykrycia źródeł fal grawitacyjnych w naszym kosmicznym sąsiedztwie. W roku 2014 agencje NASA i ESA zamierzają razem wystrzelić zespół sond LISA . Będą one poszukiwać fal grawitacyjnych. Ich czułość powinna pozwolić na wykrycie zmarszczek czasoprzestrzeni wytwarzanych w układzie J0806, co może potwierdzić hipotezy astronomów.

Bibliografia:

  • Strohmayer T.E. Precision X-ray Timing of RX J0806.3+1527 with CHANDRA: Evidence for Gravitional Radiation from Ultracompact Binary 6 kwietnia 2005 arXvi PDF
  • Hupp E., Roy S.,Watzke M. NASA Sees Orbiting Stars Flooding Space With Gravitational Waves 31 maja 2005 Strona NASA HTML

Próby obserwacji

Do chwili obecnej nikomu nie udało się odebrać fal grawitacyjnych z kosmosu . Jeżeli przez naszą planetę przeniknie taka fala, spowoduje to chwilowe rozciągnięcie i skurczenie się wszystkich obiektów. Dla przewidywalnych teoretycznie fal wartości odkształcenia obiektu o długości 400 km są mniejsze niż 10-19 m. Tak małe wartości niesamowicie utrudniają detekcję fal grawitacyjnych, a bez tego pomiaru nie można być do końca pewnym ich istnienia. Jednak dzięki zastosowaniu interferometru laserowego możliwe jest zbudowanie detektora fal grawitacyjnych .

Prawdopodobny dowód bezpośredniej obserwacji

W 1987 roku została zaobserwowana supernowa w Wielkim Obłoku Magellana ( SN 1987A ), której fale grawitacyjne zostały rzekomo zarejestrowane przez Joe Webera (amerykańskiego fizyka pracującego na Uniwersytecie Maryland ).

Według odkrywcy jego aparatura wykryła fale grawitacyjne w dokładnie tym samym momencie, kiedy ta supernowa została zaobserwowana. Jednak jego rezultaty nie zostały zaakceptowane ponieważ wyliczenia naukowców sugerowały powstanie zbyt słabych fal grawitacyjnych w porównaniu z czułością aparatury Webera.

Jednak jak twierdzi Asghar Qadir (fizyk pracujący na Uniwersytecie w Rawalpini w Pakistanie), odkrycie Joe Webera powinno być ponownie rozpatrzone, ponieważ prognozowanie siły fal grawitacyjnych nie jest łatwe i do niedawna tylko efekty pierwszego rzędu były brane pod uwagę. Asghar Qadir ze swoimi współpracownikami twierdzą, że w szczególnych okolicznościach efekty drugiego rzędu mogą wzmocnić fale grawitacyjne. Takie wzmocnienie może się tylko zdarzyć w przypadku pewnej asymetrii zdarzenia będącego źródłem fal, kiedy te ostatnie mogą być wzmocnione nawet o rząd 10^4.

Asghar Qadir zwraca także uwagę, że supernowa SN 1987A jest asymetryczna dokładnie w sposób wymagany do powstania takiego wzmocnienia. Tak więc, jeśli SN 1987A była źródłem fal grawitacyjnych, Weber mógłby być zdolny wykryć takie fale swoją aparaturą[1].

Hipoteza nadprzewodników

Na początku roku 2002 Raymond Y. Chiao z Uniwersytetu w Princeton zaproponował hipotezę , według której nadprzewodnik jest w stanie przekształcić odpowiedni rodzaj promieniowania mikrofalowego w fale grawitacyjne. Naukowiec stwierdził, że możliwe jest również odwrotne przekształcenie. Fale grawitacyjne mogą wywołać w nadprzewodniku emisję promieniowania elektromagnetycznego. Hipoteza Chiao opiera się na założeniu, że fale grawitacyjne opisują zależności zbliżone do równań Maxwella.

Prowadzone są eksperymenty , które obalą lub potwierdzą tę hipotezę. Jeżeli okaże się ona prawdziwa, to fale grawitacyjne mogą pozwolić na przekazywanie informacji przez środek Ziemi, ponieważ zwykła materia prawie ich nie pochłania . Jednak ich detektorem może być tylko nadprzewodnik schłodzony do bardzo niskiej temperatury, co na pewno utrudni zastosowanie fal grawitacyjnych do komunikacji .

Analizy statystyczne

W listopadzie 2002 roku zespół badawczy z Włoch pracujący w Narodowym Instytucie Fizyki Nuklearnej (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) oraz na Uniwersytecie Rzymskim przeprowadził statystyczną analizę danych ze wszystkich detektorów. Może być ona traktowana jako pośredni dowód na detekcję fal grawitacyjnych. Obliczenia wykazały, że najsilniejsze fale grawitacyjne docierają do nas z centrum Drogi Mlecznej .

Zobacz też

Przypisy

Linki zewnętrzne


Inne hasła zawierające informacje o "Fale grawitacyjne":

Wrażenie ...

1976 ...

1938 ...

Sonar ...

Sonar pasywny ...

Ziemia ...

Tęcza ...

1946 ...

1960 ...

Orfeusz ...


Inne lekcje zawierające informacje o "Fale grawitacyjne":

002. Podział nauk geograficznych i informacje o przestrzeni geograficznej (plansza 13) ...

Zmysł słuchu (plansza 7) ...

Zmysł słuchu (plansza 8) ...





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie