Астрономија

Првото директно мерење на гравитациcко зрачење – зошто е ова толку важно откритие!?

На 11 Февруари 2016 година соработниците на LIGO проектот (мрежа од детектори на гравитациски бранови) објавија дека на 14 Септември 2015 година нивните инструменти го забалежале поминувањето на гравитациски бран низ Земјата. Иако за повеќето луѓе објавата не беше посебно спектакуларна, во светот на науката таа е „вододелница“. Времето се дели на ера пред и после откритието. Зошто?

Се надевам дека знаете кој е Алберт Ајнштајн. Тој ги откри теоријата на релативитетот и равенката според која се изедначени масата и енергијата. Релативитетот е всушност „двојна“ теорија, се дели на специјална и општа релативност. Равенките на општата теорија на релативитетот може да се резимираат во една реченица: Материјата (енергијата) ја определува формата на простор-времето, а формата на простор-времето ѝ кажува на материјата (енергијата) како да се движи.

Простор-време. Што е тоа? Претставува основа на равенките на општата теорија, амалгам од тродимензионалниот простор кој го знаеме и времето кое го чувствуваме дека поминува.

Закривувањето на овој ентитет кое е предизвикано од концентрација на материја/енергија, ние го чувствуваме како гравитација. Решенијата на равенките на општата теорија на релативноста ги опфаќаат сите случаи на гравитациски дејства кои ги набљудуваме на релативно големи (локални до космички) растојанија.

Во нашето секојдневие просторот и времето се одвоени ентитети. Тоа е така затоа што нашите искуства се ограничени на релативно слаби гравитациски полиња. Постојат региони во вселената во кои гравитационото поле е толку силно, искривувањето на простор-времето толку големо, што просторот и времето се нераскинливо поврзани. Во недостаток на посоодветен термин, таквите региони ги означуваме како црни дупки. Тоа се објекти кои се состојат од простор-време.

Видео. симулација на искривувањето на просторот и забавувањето на времето во текот на спојувањето на две црни дупки. Забележете го зрачењето на гравитациски бранови кон крајот на симулацијата. ИЗВОР: LIGO
Општата теорија на релативитетот не само што опишува како настанува гравитацијата и какви феномени настануваат во региони каде таа е многу силна, туку дозволува постоење на бранови во простор-времето кои се движат со брзина на светлината. Овие гравитациски бранови се многу поразлични од другите видови на бранови кои ги познаваме како на пример електромагнетните бранови (радио, светлина, рендгенски зраци) кои се осцилации на електромагнетното поле или звук (осцилации на материја). Во овие два примери на осцилации, осцилира медиум (поле или материја) кој се простира во простор-времето. гравитациските бранови се осцилации на самото простор-време. Тие се манифестираат како промена на растојанието помеѓу точки во просторот, како ширење или стеснување на определен волумен. Најлесно е да се детектираат ако се мерат овие промени на растојание, но тие се неверојатно мали. Детекторите на LIGO ги мерат поместувањата користејќи интерференција [1] на ласерски зраци. Димензиите на детекторот се околу 4 километри; на тоа растојание, промената на должината како последица на поминувањето на гравитацискиот бран изнесува колку „дебелината“ на еден протон!

Што ги произведува гравитациските бранови? За да се побудат забележливи осцилации во простор-времето, потребна е голема енергија. Судар на две неутронски ѕвезди или црни дупки или остатоци од формирањето на универзумот се некои од феномените кои се одговорни за зрачење на гравитациски бранови (Слика 1).

Слика 1. Уметнички приказ на две црни дупки пред да се спојат. Изобличената слика на позадинската галаксија е последица на искривувањето на простор-времето.

Интересно е да се напомене дека сферично симетрични извори не може да произведат гравитациски бранови [2]. Така на пример, ротација на сферична ѕвезда или собирање/ширење на ѕвезда не произведува гравитациски бранови. Но, ако изворот отстапи од сферична симетрија, тогаш се генерираат гравитациски бранови.

Бидејќи гравитациските бранови се осцилации на самото простор-време, тие се простираат непречено низ материјални објекти. Потекнувајќи од настани кои се екстремно „насилни“, тие се најчесто единствениот начин да се добие информација кога другите форми на зрачење не се достапни за регистрирање.

На пример, спојувањето на двете црни дупки не произведува (колку што е досега познато) електромагнетен сигнал, па единствена опција е да се проучи гравитацискиот бран кој е произведен при спојувањето. Од него (Слика 2) може да се дознае дека се споиле две црни дупки со маси од околу 30 сончеви маси поединечно, дека околу три маси на Сонцето се иззрачени како гравитациски бранови и дека спојувањето траело помалку од една секунда [3]. Притоа, системот зрачел со моќност поголема отколку сите ѕвезди во универзумот заедно!

Слика 2. Регистрираните бранови форми на поместувањето предизвикано од поминувањето на гравитацискиот бран: во Ханфорд (горе) и Ливингстон (средина). Споредбата на двата записи (коригирана за вредноста на доцнењето предизвикано од позицијата на опсерваториите во однос на правецот на простирање на бранот) е прикажана најдолу.

Откритието на гравитациските бранови ги потврди постулатите на теоретските физичари и ја зацврсти општата теорија на релативноста. Астрофизичарите добија нов „прозорец“ за набљудување на универзумот. Преостанува да видиме што тој ќе ни открие…


  1. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer  ↩
  2. Misner, C. W, Thorne, K, Wheeler, J. A. (1973). Gravitation  ↩
  3. LIGO detection portal: https://www.ligo.caltech.edu/detection  ↩
Претходен напис
Одговор на коментарот од читател на “Црвено вино или сок од цвекло – во која чаша се крие тајната за подолг живот?”
Следен напис
Моделирање во биологија

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени
Споделете со пријателите