Fala grawitacyjna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Fale grawitacyjne)
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Fale grawitacyjne wytwarzane przez układ dwóch bardzo szybko orbitujących wokół siebie obiektów (gwiazd neutronowych, białych karłów, czarnych dziur)
Symulacja łączenia się czarnych dziur – zjawiska, które wytwarza jedne z najsilniejszych fal grawitacyjnych.

Fala grawitacyjna, promieniowanie grawitacyjne, zmarszczka czasoprzestrzeni – przemieszczające się z prędkością światła w próżni odkształcenie w czasoprzestrzeni. W mechanice nierelatywistycznej fala ta objawia się jako rozchodzące się drgania 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. Kwantem promieniowania grawitacyjnego może być grawiton, hipotetyczna cząstka.

Kip Thorne (ur. 1 czerwca 1940 w Logan) – amerykański fizyk teoretyczny i astrofizyk, popularyzator nauki i nauczyciel akademicki.Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki, to uznawane za najbardziej prestiżowe wyróżnienie za wybitne osiągnięcia naukowe. Przyznawana jest ona od 1901 roku przez Fundację Noblowską.

Fale grawitacyjne zaobserwowano po raz pierwszy 14 września 2015 roku. Ponad dwa lata później, 3 października 2017, Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne otrzymali Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki „za decydujący wkład w stworzenie detektora LIGO i obserwację fal grawitacyjnych”.

Podstawy teoretyczne[ | edytuj kod]

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

Grawiton – hipotetyczna cząstka elementarna, która nie ma masy, ani ładunku elektrycznego i przenosi oddziaływanie grawitacyjne. Teoria grawitonu jest podstawą różnych kwantowych teorii grawitacji, będących wersją kwantowej teorii pola, ale nie Modelu Standardowego.Andrzej Mariusz Trautman (ur. 4 stycznia 1933 w Warszawie) – profesor zwyczajny, doktor habilitowany, inżynier fizyki teoretycznej, członek rzeczywisty PAN, polski fizyk mający znaczący wkład do teorii grawitacji, a w szczególności do ogólnej teorii względności, profesor Uniwersytetu Warszawskiego, członek PZPR.
  • Rozwiązania równań nie tworzą przestrzeni liniowej, co oznacza, że nie obejmuje ich zasada superpozycji, przez co są dużo trudniejsze do rozwiązania niż równania Maxwella.
  • Fale grawitacyjne oddziałują ze sobą, a nie tylko z materią, w efekcie zjawisko interferencji jest zupełnie inne niż dla fal elektromagnetycznych.
  • W związku z tym, opisując na przykład ruch dwóch czarnych dziur w układzie podwójnym, nie można sprowadzić go do zagadnienia dwóch ciał, jak w mechanice klasycznej. Nie jest możliwe w szczególności wyodrębnienie horyzontów składników układu w każdej chwili czasu i konieczne jest skonstruowanie rozwiązania dla całej czasoprzestrzeni równocześnie. Dodatkowo na dynamikę układu, oprócz mas składników, mają wpływ również ich wektory momentu pędu.

    Jerzy Kowalski-Glikman (ur. 1957 r. w Warszawie) - polski fizyk, specjalizujący się w kosmologii, metodzie kwantowania, metodzie matematycznej fizyki, teorii grawitacji; nauczyciel akademicki związany z uczelniami w Warszawie i Wrocławiu.Odchylenie standardowe – klasyczna miara zmienności, obok średniej arytmetycznej najczęściej stosowane pojęcie statystyczne.

    W procesie spiralowania i zlewania się czarnych dziur można wyróżnić trzy etapy. Pierwszy z nich, gdy separacja składników jest duża, można opisać, stosując przybliżenie postnewtonowskie. Gdy składniki zbliżą się do siebie na tyle, że powstaje z nich jeden bardzo niesymetryczny obiekt, przybliżenie to przestaje działać. Konieczne są wówczas zaawansowane obliczenia numeryczne. Końcowym etapem jest powstanie jednej rotującej czarnej dziury, która jest opisana metryką Kerra. Wysyłane przez nią fale, powstające wskutek spowalniania rotacji, modeluje się, używając rachunku perturbacyjnego. Sytuacja komplikuje się, jeśli jednym ze składników jest gwiazda neutronowa, gdyż na emisję fal grawitacyjnych ma bardzo silny wpływ równanie stanu materii gęstej w gwieździe.

    Minuta (łac. minuta – mała) – legalna jednostka czasu nienależąca do układu SI, równa 60 sekundom, oznaczana min (bez kropki na końcu). Wywodzi się z sumeryjskiego układu miar. Termin minuta pochodzi z łacińskiego wyrażenia pars minuta prima (pierwsza mała część).Atlas Osobliwych Galaktyk (ang. Atlas of Peculiar Galaxies) – katalog galaktyk stworzony przez Haltona Arpa. Spis zawiera 338 obiektów astronomicznych. Został opublikowany w 1966 przez California Institute of Technology. W katalogu znajdują się galaktyki o ciekawych kształtach, np. NGC 4038.

    Dowód pośredni[ | edytuj kod]

    Dla słabych fal grawitacyjnych nieliniowe równania dają się aproksymować do postaci liniowej ogólnej teorii względności. Obliczenia stają się wtedy znacznie prostsze, co pozwala 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 w latach 70. XX wieku przez Russella Hulse’a oraz Josepha Taylora podczas badań PSR B1913+16. Pomiary ruchu dwóch gwiazd neutronowych dokładnie potwierdziły przewidywania ogólnej teorii względności. Obaj naukowcy za swoje odkrycie otrzymali w 1993 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

    Astrophysical Journal (The Astrophysical Journal) – czasopismo naukowe, założone w 1895 przez dwóch amerykańskich astronomów George’a Ellery’ego Hale’a i Jamesa Edwarda Keelera. Jedno z najważniejszych międzynarodowych czasopism dotyczących astronomii, astrofizyki, spektroskopii. Symulacja - przybliżone odtwarzanie zjawiska lub zachowania danego obiektu za pomocą jego modelu. Szczególnym rodzajem modelu jest model matematyczny, często zapisany w postaci programu komputerowego, ale czasem niezastąpione jest wykorzystanie modelu fizycznego w zmniejszonej skali np. do badań aerodynamicznych. Symulacja znajduje szerokie zastosowanie w każdej dziedzinie nauki i techniki. Wykorzystywana jest też do celów wojskowych jak i czystej rozrywki np. w grach komputerowych.

    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 2004 rentgenowski teleskop kosmiczny Chandra wykonał szereg obserwacji J0806 w zakresie miękkich promieni X. Określono częstotliwość zmian promieniowania na (3,1101380 ± 0,0000000006) ∙ 10 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 a 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 zwiększa się w ciągu każdej sekundy o 3,77±0,8 ∙ 10 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 ∙ 10 W. Energia fal grawitacyjnych emitowanych w ciągu sekundy przez układ J0806 jest 400 000 razy większa niż cała energia wytwarzana w tym samym czasie 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 2034 agencja ESA zamierza wystrzelić zespół sond eLISA. Będą one poszukiwać fal grawitacyjnych. Ich czułość powinna pozwolić na wykrycie zmarszczek czasoprzestrzeni wytwarzanych w układzie J0806, co może potwierdzić hipotezy astronomów.

    Teleskop kosmiczny Chandra (ang. Chandra X-ray Observatory, CXO) – teleskop kosmiczny pracujący w zakresie promieni rentgenowskich, wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Columbia 23 lipca 1999 roku podczas misji STS-93.Science – recenzowane czasopismo naukowe wydawane przez American Association for the Advancement of Science. Ukazuje się jako tygodnik ilustrowany.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Przestrzeń liniowa lub wektorowa – w matematyce zbiór obiektów (nazywanych "wektorami"), które mogą być, nieformalnie rzecz ujmując, skalowane i dodawane. Formalnie jest to zbiór z określonymi dwoma działaniami: dodawaniem elementów tej przestrzeni (wektorów) i mnożeniem przez elementy ustalonego ciała, które związane są ze sobą poniższymi aksjomatami. Przestrzenie liniowe to podstawowy obiekt badań algebry liniowej i analizy funkcjonalnej. Znajdują zastosowanie niemal we wszystkich gałęziach matematyki, naukach ścisłych i inżynierii.
    Częstotliwość (częstość) – wielkość fizyczna określająca liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.
    Księżyc (łac. Luna, gr. Σελήνη Selḗnē; pol. fraz. „Srebrny Glob”, „srebrny glob”; pol. przest. gw. poet. „miesiąc”; pol. przest. poet. „luna”) – jedyny naturalny satelita Ziemi (nie licząc tzw. księżyców Kordylewskiego, które są obiektami pyłowymi i przez niektórych badaczy uważane za obiekty przejściowe). Jest piątym co do wielkości księżycem w Układzie Słonecznym. Przeciętna odległość od środka Ziemi do środka Księżyca to 384 403 km, co stanowi mniej więcej trzydziestokrotność średnicy ziemskiej. Średnica Księżyca wynosi 3474 km, nieco więcej niż 1/4 średnicy Ziemi. Oznacza to, że objętość Księżyca wynosi około 1/50 objętości kuli ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni jest blisko 6 razy słabsze niż na Ziemi. Księżyc wykonuje pełny obieg wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia (tzw. miesiąc syderyczny), a okresowe zmiany w geometrii układu Ziemia-Księżyc-Słońce powodują występowanie powtarzających się w cyklu 29,5-dniowym (tzw. miesiąc synodyczny) faz Księżyca.
    Wielki Wybuch (ang. Big Bang) – model ewolucji Wszechświata uznawany za najbardziej prawdopodobny. Według tego modelu ok. 13,772 (±0,059) mld lat temu dokonał się Wielki Wybuch – z bardzo gęstej i gorącej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat (przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania).
    Problem n ciał / problem wielu ciał – zagadnienie mechaniki klasycznej polegające na wyznaczeniu toru ruchów wszystkich ciał danego układu n ciał o danych masach, prędkościach i położeniach początkowych w oparciu o prawa ruchu i założenie, że ciała oddziałują ze sobą zgodnie z prawem grawitacji Newtona.
    Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.
    Nationalencyklopedin – największa, szwedzka encyklopedia współczesna. Jej stworzenie było możliwe dzięki kredytowi w wysokości 17 mln koron, którego udzielił rząd szwedzki w 1980 roku i który został spłacony w 1990. Drukowana wersja składa się z 20 tomów i zawiera 172 tys. haseł. Wersja internetowa zawiera 260 tys. haseł (stan z czerwca 2005). Inicjatorem projektu był rząd szwedzki, który rozpoczął negocjacje z różnymi wydawcami. Negocjacje zakończyły się w 1985, kiedy na wydawcę został wybrany Bra Böcker z Höganäs. Encyklopedia miała uwzględniać kwestie genderowe i związane z ochroną środowiska. Pierwszy tom ukazał się w 1989 roku, ostatni w 1996. Dodatkowo w roku 2000 ukazały się trzy dodatkowe tomy. Encyklopedię zamówiło 54 tys. osób. W 1997 roku ukazało się wydanie elektroniczne na CD, a w 2000 pojawiło się wydanie internetowe, które jest uzupełniane na bieżąco.

    Reklama