Карактеристики на гравитационите бранови (Втор дел)

СПОДЕЛИ

Доколку се земат в предвид равенките на Ајнштајн кои се дел од Општата теорија на релативноста и се анализира промената што би ја направил еден гравитационен бран во просторно-временскиот континуум, тогаш решението посочува дека гравитационите бранови имаат квадри-поларна природа.

Ова значи дека еден гравитационен бран го издолжува просторно-временскиот континуум најпрво по y-оската, потоа по х-оската (h+ поларизација); а потоа најпрво 45 степени во однос на y-оската, па -45 степени во однос на y-оската (h- поларизација). Ова визуелно е прикажано на фигурата која следи:

Фигура 3: квадри-поларна природа на гравитационите бранови
Извор: Gravitational Waves: Sources, Detectors and Searches
K. Riles, Physics Department, University of Michigan, arXiv:1209.0667v3 [hep-ex] 1 Feb 2013

Одредена аналогија може да биде направена меѓу електро-магнетниот спектрум (ЕМС) и гравитационите бранови (ГБ). ЕМС според Максвел е интеракција помеѓу електрижниот полнеж и електромагнетните полиња, додека ГБ според Ајнштајн се интеракција помеѓу масата и заобленоста на простоно-временскиот континуум. ЕМБ се временско-зависни вакуум решенија на равенките на Максвел, додека пак ГБ се временско-зависни вакуум решенија на равенките на Ајнштајн. Додатно, и ЕМД и ГБ се движат со брзина на светлината. Сепак, ЕМС покажува одредена интерација со околната материја, додека ГБ имаат мала или речиси непостоечка интеракција со околната материја.

И конечно, гравитационите бранови можат да бидат разграничени од електро-магнетниот спектрум со тоа што ќе се запомни дека ЕМС е диполарен додека ГБ се квадриполарни! Квадриполарната природа на гравитационите бранови е многу важна при нивната детекција, како што ќе биде објаснето подоцна.

Извори и типови на гравитациони бранови

Како што веќе беше спомената, граавитационите бранови можат да бидат произведени само од екстремно масивни тела. Најчест извор се црните јами и/или неутронските ѕвезди. Зависно од изворот, гравитационите бранови можат да се комбинираат во четири категории:

1. Континуирани гравитациони бранови: извор е неутронска ѕвезда или бинарни неутронски ѕвезди (каде едната ѕвезда е многу полесна од другата)

2. Компактни Бинарни Инспирални Граивтациони Бранови: извор се бинарни неутронски ѕвезди (каде двете ѕвезди се со слична маса), бинарни црни јами или комбинација од црна јама и неутронска ѕвезда

3. Супернови

4. Стохастични гравитациони бранови
Првите два типа на гравитациони бранови се полесни за разбирање и детектирање и се подетално истражени, па така накратко ќе ги објасниме.

1. Контнуирани Гравитациони Бранови

1.1. Извор: едно, масивно, асиметрично ротирачко тело
Овие гравитациони бранови се долготрајни, речиси монохроматски бранови чиј извор е едно масивно, ротирачко тело кое е оскино несиметрично (на пример една неутронска ѕвезда со „планина“ на една од нејзините страни). Можни причини за асиметричноста на ѕвездата се напукнување или деформација на нивната кора при ладењето или асиметрична дистрибуција на нивното магнетно поле. Оваа асиметрија пак, предивикува бранување како што е прикажано на фигурата:

Фигура 4: континуирани гравитаациони бранови од оскино асиметрична, ротирачка неутронска ѕвезда
Извор: https://physics.anu.edu.au/quantum/cgp/research/datatheory/neutronstars.php

1.2. Извор: масивна + „лесна“ неутронска ѕвезда

Некогаш е возможно масивна наутронска ѕвезда да привлече во својата орбита полесна неутронска ѕвезда при што тие ќе ротираат во еден бинарен систем. Во овој случај аголниот моментуум се зголемува и одредено количество материја од полеснаата ѕвездаа „паѓа“ или во акрециониот диск на или директно на помасивната ѕвезда. Ваквиот систем постигнува импресивни фрекфенции на ротација при што во еден одреден момент ѕвездата – донор конечно се смалува и се разделува од бинарниот систем.

Масивната ѕвезда пак, задржува голем дел од максималниот аголен моментум и ротациона енергија и успорувањето по одделувањето на ѕвездата – донор е речиси незначително при што емитирањето на гравитационен бран е (теоретски) возможно.

2. Компактни Бинарни Инспирални Гравитациони Бранови

Овие бранови се произведени од ротирачки парови на масивни и густи (компактни) објекти како неутронски ѕвезди или црни јами. Потребен критериум е двата објекти да се доволно масивни за да можат да се соединат во еден објект без да го уништат својот партнер. Бинарните системи поминуваат низ три фази:

Инспирална фаза: релативно поспоро орбитирање каде Њутновите закони се прилично точни

Фаза на соединување: брзините се приближно исти како и брзината на светлината и релативистичките ефекти мора да бидат земени в предвид

Фаза на успорување и застанување: повторно мали или речиси непостоечки ротациони брзини, нема потреба од релативистички ефекти

Извори на овие бранови се:

2.1. бинарни неутронски ѕвезди
2.2. бинарни црни јами
2.3. бинарен систем од неутронска ѕвезда и црна јама
Физичарите го имаат симулирано соединувањето на две црни јами при што се произведуваат гравитациони бранови.

Едно такво видео може да се погледне на следниов линк:

Дискусија

Коментари