Vikipēdija

Gravitācijas viļņi

laiktelpas vērpes forma, kuru izraisa dažādi astronomiskie objekti
(Pāradresēts no Gravitācijas vilnis)

Gravitācijas viļņi ir šķērsviļņi, kurus saskaņā ar vispārīgās relativitātes teoriju rada paātrinātā kustībā esoši masīvi ķermeņi vai to formas izmaiņa. Potenciāli gravitācijas viļņu avoti ir asimetriski pārnovu sprādzieni, neitronu zvaigžņu vai melno caurumu sadursmes vai arī jebkuru divu pietiekami masīvu objektu atrašanās orbītā vienam ap otru. Gravitācijas viļņi vakuumā izplatās ar gaismas ātrumu. Mijiedarbojoties ar ķermeņiem, tiem ir jāizraisa šo ķermeņu deformācija.

Divdimensionāla gravitācijas viļņu shēma, kurus rada divas vienas ap otru riņķojošas neitronu zvaigznes

Lai gan vācu fiziķa Alberta Einšteina izstrādātā vispārīgā relativitātes teorija paredzēja gravitācijas viļņu eksistenci jau 1916. gadā, pirmos tiešos gravitācijas viļņu novērojumus izdevās fiksēt tikai 2015. gada septembrī, kad LIGO gravitācijas viļņu detektori reģistrēja divu melno caurumu sadursmi aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes.[1][2] Novērojums oficiāli tika apstiprināts 2016. gadā.[1]

Kopā ar elektromagnētiskajiem viļņiem gravitācijas viļņi ir vieni no diviem viļņu veidiem, kas spēj pārvietoties caur Visumu un nogādāt informāciju no attāliem un arī seniem astronomiskiem objektiem uz Zemes virsmas.[3]

Vēsture

labot šo sadaļu

Gravitācijas viļņus pirmoreiz paredzēja Einšteina vispārīgā relativitātes teorija 1916. gadā. Ilgu laiku nebija pietiekami jutīgu instrumentu šo viļņu pierādīšanai. Gravitācijas viļņu eksistenci netieši pierādīja Rasels Halss un Džozefs Teilors, pētot jauna veida dubultzvaigzni PSR 1913+16, kas sastāv no pulsāra un neitronu zvaigznes, par ko viņiem 1993. gadā piešķīra Nobela prēmiju.

Lai mēģinātu atklāt gravitācijas viļņus tiešos mērījumos, tika izmantoti elektromagnētiskie teleskopi un neitrīno observatorijas. Džozefs Vebers pirmais mēģināja atklāt gravitācijas viļņus 1960. gados, darbojoties ar rezonanses masas stieņa detektoru. Līdzīgi detektori pasaulē tika uzbūvēti sešās vietās, bet tie nedeva pozitīvu rezultātu. 1970. gados zinātnieki izmantoja lāzera interferometriju, lai veiktu gravitācijas viļņu mērījumus.

2002. gadā gravitācijas viļņus sāka meklēt LIGO observatorija.

2014. gada 17. martā Hārvarda — Smitsona astrofizikas centra zinātnieki paziņoja, ka atklājuši gravitācijas viļņu pēdas. Atklājums veikts, analizējot datus no teleskopa BICEP2, kurš no 2010. līdz 2012. gadam veica reliktstarojuma novērojumus Antarktīdā. Vēlākas citu zinātnieku analīzes liecināja, ka tādas pēdas varētu būt atstājuši starpzvaigžņu putekļi.

2016. gada februārī LIGO darba grupa paziņoja, ka gravitācijas viļņi ir novēroti melno caurumu mijiedarbībā.[4][5]

Nozīme

labot šo sadaļu

Pateicoties informācijai no gravitācijas viļņiem, zinātniekiem 2017. gada oktobrī pirmoreiz vēsturē izdevās novērot divu neitronu zvaigžņu sadursmi (kilonovas eksploziju) aptuveni 130 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes, pēc kā tika secināts, ka visticamāk lielākā daļa no Visumā sastopamajiem ķīmiskajiem elementiem kā zelts, platīns, plutonijs un citi elementi, kas ir smagāki par dzelzi, (to skaitā arī uz Zemes) ir tikuši izveidoti šāda veida astronomisko objektu sadursmju rezultātā.[1][6][7]

Gravitācijas viļņu izplatīšanās ātrums

labot šo sadaļu

Gravitācijas viļņu izplatīšanās ātrums vakuumā ir vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā. Šis fakts izriet gan no vispārīgās relativitātes teorijas, gan arī no eksperimentāliem mērījumiem. 2017. gadā gravitācijas viļņu signālu GW170817 no neitronu zvaigžņu sadursmes LIGO un Virgo detektori uztvēra gandrīz vienlaicīgi ar elektromagnētisko viļņu signālu, kas savukārt tika uztverts ar gamma satelītiem un optiskajiem teleskopiem, no avota 130 miljonu gaismas gadu attālumā.[8]

Detektēšana

labot šo sadaļu

Netiešā detektēšana

labot šo sadaļu

1974. gadā Rasels Halss un Džozefs Teilors atklāja dubultzvaigzni PSR 1913+16, kas sastāv no pulsāra un neitronu zvaigznes, ar radioteleskopu. Tika novērots, ka pulsāra orbitālais periods samazinās. Perioda samazināšanās izskaidrojama ar enerģijas zudumiem. Orbitālā perioda samazināšanās temps un apjoms atbilst enerģijas zudumiem no dubultzvaigznes sistēmas izstaroto gravitācijas viļņu dēļ, kas arī sakrīt ar vispārīgo relativitātes teoriju.[9]

Pulsāru laika masīvi

labot šo sadaļu

Pulsāri ir neitronu zvaigznes, kas ik pēc noteikta perioda izstaro elektromagnētiskos viļņus. Tos var novērot ar radioteleskopu. Gravitācijas viļņu ietekmē rodas nobīde no gaidāmā pulsāra izstarotā signāla uztveršanas laika. Pulsāru laika masīvi ir vairāku pulsāru kopa. Pa vairākiem šīs kopas pulsāru pāriem var noteikt katram pārim šī uztvertā signāla nobīdes korelāciju. Teorētiski šī korelācija ir atkarīga no leņķiskā attāluma starp pāra pulsāriem pie debess sfēras.[10] Šo sakarību dēvē par Helingsa—Daunsa līkni.[11]

2023. gada jūnijā astronomu apvienība NANOGrav publicēja datus, kas iegūti 15 gadu laikā no pulsāru laika masīviem, kas bija pirmais pierādījums fona gravitācijas viļņiem, kur iegūtajos datos bija novērojama paredzētā Helingsa—Daunsa līknes sakarība.[12][13]

Skatīt arī

labot šo sadaļu
  Astronomijas portāls

Atsauces

labot šo sadaļu
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Nadia Drake, Michael Greshko. «What Are Gravitational Waves, and Why Do They Matter?». nationalgeographic.com. National Geographic, 2017. gada 16. oktobris. Skatīts: 2020. gada 11. novembris.
  2. ↑ Stīvens Hokings. Īsas atbildes uz svarīgiem jautājumiem. Rīga : Jāņa Rozes apgāds, 2020. 18. lpp. ISBN 978-9984-23-786-2.
  3. ↑ Stīvens Hokings. Īsas atbildes uz svarīgiem jautājumiem. Rīga : Jāņa Rozes apgāds, 2020. 16. lpp. ISBN 978-9984-23-786-2.
  4. ↑ B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Physical Review Letters
  5. ↑ Gravitational Wave Detection Heralds New Era of Science, Sky and Telescope
  6. ↑ Brandon Specktor. «Monstrous ‘Kilonova’ Explosions May Be Showering a Nearby Galaxy in Gold». livescience.com. Live Science, 2020. gada 29. augusts. Skatīts: 2020. gada 11. novembris.
  7. ↑ Brandon Specktor. «Scientists Think They've Found the Ancient Neutron Star Crash That Showered Our Solar System in Gold». livescience.com. Live Science, 2019. gada 6. maijs. Skatīts: 2020. gada 11. novembris.
  8. ↑ «GW170817 Press Release | LIGO Lab | Caltech». https://www.ligo.caltech.edu/. Skatīts: 2024. gada 15. decembris.
  9. ↑ Taylor, J. H.; Weisberg, J.M.; McCulloch, P.M. (1982). "A new test of general relativity – Gravitational radiation and the binary pulsar PSR 1913+16" (en). The Astrophysical Journal 253: 908. Bibcode 1982ApJ...253..908T. doi:10.1086/159690. ISSN 0004-637X.
  10. ↑ Hellings, R.W.; Downs, G.S. (1983). "Upper limits on the isotropic gravitational radiation background from pulsar timing analysis" (en). The Astrophysical Journal 265: L39. Bibcode 1983ApJ...265L..39H. doi:10.1086/183954. ISSN 0004-637X.
  11. ↑ «15 Years of Radio Data Reveals Evidence of Spacetime Murmur». NASA Jet Propulsion Laboratory.
  12. ↑ Agazie, Gabriella; Anumarlapudi, Akash; Archibald, Anne M.; Arzoumanian, Zaven; Baker, Paul T.; Bécsy, Bence; Blecha, Laura; Brazier, Adam et al. (2023-07-01). "The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background". The Astrophysical Journal Letters 951 (1): L8. arXiv:2306.16213. Bibcode 2023ApJ...951L...8A. doi:10.3847/2041-8213/acdac6. ISSN 2041-8205.
  13. ↑ "Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background". The Astrophysical Journal Letters. 29 June 2023.

Ārējās saites

labot šo sadaļu
Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Gravitācijas viļņi
Saturs iegūts no "https://lv.wikipedia.org/w/index.php?title=Gravitācijas_viļņi&oldid=4191965"