Коллаборация LIGO-Virgo вместе с астрономами из 70 обсерваторий объявила сегодня о наблюдении слияния двух нейтронных звезд в гравитационном и электромагнитном диапазонах: увидели гамма-всплеск, а также рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное и радио излучение.
Иллюстрация столкновения нейтронных звезд. Узкий выброс по диагонали — поток гамма-лучей. Светящееся облако вокруг звезд — источник видимого света, который наблюдали телескопы после слияния. Credit: NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Нейтронные звезды, самые маленькие и плотные из всех звезд, образуются при взрыве сверхновой. Когда две нейтронные звезды образуются в паре, они вращаются друг вокруг друга, и постепенно теряют энергию, сближаясь и излучая гравитационные волны, пока наконец не сталкиваются. Такое столкновение и наблюдали телескопы LIGO, а через две секунды после — гамма-вслеск достиг космического телескопа Ферми, и в последующие дни и недели астрономы могли наблюдать событие в других электромагнитных диапазонах.
Впервые гравитационные волны были зарегистрированы два года назад — от слияния черных дыр. С тех пор еще три сигнала от черных дыр были приняты детекторами, последний — всего за три дня до этого события.
Под катом — о сигнале и открытиях, с ним связанных: точной оценке на скорость гравитационных волн, независимой оценке на постоянную Хаббла и новых данных по физике нейтронных звезд.
UPD Краткое изложение главной статьи о детектировании ГВ на русском — здесь.
Всего на arXiv вчера было опубликовано 67 (!!!) статей об открытии.
С самого начала работы LIGO ученые ждали регистрации волн от столкновения нейтронных звезд, так как они довольно распространены во Вселенной, а пары нейтронных звезд уже наблюдались с помощью радио телескопов. Например, двойной пульсар Халса-Тейлора, открытый в 1974, на котором впервые было косвенно доказано существование гравитационных волн: на протяжении 40 лет наблюдений две нейтронные звезды сблизились, потеряв часть энергии вращения на излучение гравитационных волн. Примерно через 300 миллионов лет эти две нейтронные звезды столкнутся, произведя сигнал, подобный тому, что LIGO наблюдала в этот раз.
Гравитационно-волновой сигнал, GW170817, был зарегистрирован 17 августа 2017 в 8:41 EDT. Автоматическая программа обработки данных обнаружила сильный сигнал на одном из детекторов LIGO, а двумя секундами позднее космический телескоп Ферми увидел всплеск гамма излучения. Телескопы и LIGO обмениваются данными о потенциальных событиях, и на основе такого совпадения между сигналами было разослано оповещение другим телескопам по всему миру, которые начали наблюдения в различных диапазонах. Сигнал также присутствовал и в данных второго детектора LIGO, но был изначально не принят автоматикой из-за глитча (о чем ниже).
Все сигналы на временной шкале
Анализ данных с LIGO позволил оценить параметры источника сигнала — двух нейтронных звезд массами от 1.1 до 1.6 солнечной и диаметром около 20 км. В отличие от предыдущих наблюдений слияния черных дыр, где само слияние занимало миллисекунды, этот сигнал длился около 100 секунд. Источник сигнала находился гораздо ближе, чем предыдущие — всего около 130 миллионов световых лет. Как результат, сигнал оказался гораздо чище от шума — соотношение сигнал-шум в 32.4, а значит, лишь раз в 80000 лет такой сигнал может случайно быть произведен флуктуациями шумов в детекторах.
В момент детектирования работал также европейский детектор Virgo, но на нем сигнала не оказалось, что помогло определить местоположение источника: Virgo был расположен по отношению к волне так, что оказался не чувствителен к ней (здесь есть видео-иллюстрация к объяснению). Подробнее о том, как три детектора помогают улучшить локализацию источника, можно прочитать тут.
Совместное наблюдение гамма-всплеска, гравитационных волн и видимого света позволили определить не только область на небе, где произошло событие, но и галактику NGC 4993, к которой звезды принадлежали.
Определение расположения на небе разными детекторами
Астрономы наблюдали короткие всплески гамма-излучения на протяжении многих десятилетий, но не знали точно, как они возникают. Основным предположением было, что этот всплеск происходит в результате слияния нейтронных звезд, и теперь наблюдение гравитационных волн от этого события подтвердило теорию.
Когда нейтронные звезды сталкиваются, основная часть их вещества сливается в один сверхмассивных объект, излучая “огненный шар” из гамма излучения (тот самые короткий гамма-всплеск, зарегистрированный через две секунды после гравитационных волн). После этого возникает так называемая килонова, когда вещество, оставшееся после столкновения нейтронных звезд уносится от места столкновения, излучая свет. Наблюдение за спектром этого излучения позволило определить, что тяжелые элементы, такие как золото, рождаются именно в результате килоновых. Ученые наблюдали после-свечение на протяжении недель после события, собирая данные о процессах, происходивших в звездах, и это явилось первым достоверным наблюдением килоновой.
Нейтронные звезды — это сверхплотные объекты, образующиеся после взрыва сверхновой. Давление в звезде столь высоко, что отдельны атомы не могут существовать, и внутри звезды находится жидкий «суп» из нейтронов, протонов и других частиц. Чтобы описать нейтронную звезду, ученые используют уравнение состояния, связывающее давление и плотность вещества. Существует множество вариантов возможных уравнений состояний, но ученые не знают, какие из них правильные, поэтому гравитационные наблюдения могут помочь разрешить этот вопрос. На данный момент наблюденный сигнал не дает однозначного ответа, но помогают дать интересные оценки на форму звезды (которая зависит от гравитационного притяжения ко второй звезде).
Интересным открытием оказалось, что наблюдавшийся короткий гамма-всплеск является самым близким к Земле, но в то же время слишком тусклым для такого расстояния. Ученые предположили несколько возможных объяснений: возможно, луч гамма-излучения был неравномерной яркости, или мы увидели только самый его край. В любом случае возникает вопрос: ранее астрономы не предполагали, что такие тусклые всплески могут быть расположены так близко, и могли ли они тогда пропустить такие же тусклые всплески, или же неправильно интерпретировать их как более далекие? Совместные наблюдения в гравитационном и электромагнитном диапазоне могут помочь дать ответ, но на данном уровне чувствительности детекторов такие наблюдения будут достаточно редкими — в среднем 0.1-1.4 в год.
Кроме гравитационного и электромагнитного излучения, нейтронные звезды излучают потоки нейтрино в процессе слияния. Детекторы нейтрино также работали над поиском этих потоков от события, но не зафиксировали ничего. В целом, этот результат был ожидаем — как и в случае гамма-всплеска, событие слишком тусклое (или мы наблюдаем его под большим углом), чтобы детекторы могли его увидеть.
Так как гравитационные волны и световой сигнал произошли от одного источника с очень большой вероятностью (5.3 sigma), и первый световой сигнал пришел через 1.7 секунд после гравитационного, мы можем ограничить скорость распространения гравитационных волн с очень большой точностью. Предполагая, что свет и гравитационные волны излучались одновременно, а задержка между сигналами произошла из-за того, что гравитация быстрее, можно получить верхнюю оценку. Нижнюю оценку можно получить из моделей слияния нейтронных звезд: предположить, что свет был испущен через 10 секунд после гравитационных волн (в этот момент уже все процессы точно должны были завершиться) и нагнал гравитационные волны к моменту достижения Земли. Как результат, скорость гравитации равна скорости света с огромной точностью
Для нижней оценки можно использовать и большую задержку между излучением, и даже предположить, что сначала был испущен световой сигнал, что понизит точность пропорционально. Но даже в этом случае оценка получается чрезвычайно точной.
Используя те же знания о задержке между сигналами можно значительно повысить точность оценок на лоренц-инвариантность (разности между поведением гравитации и света при преобразовании Лоренца) и принцип эквивалентности.
Больше подробностей — в публикации или кратком изложении (на английском).
Хочется отметить, что задержка между гравитационным и гамма сигналом в случае справедливости стандартной теории (скорости света и ГВ точно равны, нет никаких хитрых модификаций ОТО) может быть объяснена астрофизическими факторами. Ученые предполагают несколько возможных сценариев. Основной гипотезой образования пучков гамма-излучения является коллапс остатка от слияния нейтронных звезд в одну черную дыру, и поток гамма-частиц возникает в момент коллапса. Если после слияния нейтронных звезд они образовали одну большую (неустойчивую) нейтронную звезду, она могла просуществовать от нескольких секунд до минут перед коллапсом в ЧД, что вызвало задержку. Другим объяснением задержки может быть необходимость для релятивистского пучка гамма-лучей пройти через газовую оболочку, сброшенную в процессе слияния. Эта оболочка может быть непрозрачна для излучения, и прежде чем пучок «пробьет» окно в ней, проходит определенное время. Эти сценарии подробно рассмотрены в публикации.
Credit: 1M2H/UC Santa Cruz and Carnegie Observatories/Ryan Foley
Постоянная Хаббла связывает расстояние между двумя объектами со скоростью их удаления друг от друга за счет расширения Вселенной: v = H0*d. Это наиболее фундаментальная величина в космологии, определяющая размер Вселенной и основные законы космологии. Определение постоянной Хаббла — сложная задача, так как измерение расстояний между объектами обычно нетривиально.
Обычно для измерения расстояний используется межгалактическая шкала расстояний (космическая лестница), когда разные методы измерений используются для измерения близких и далеких расстояний. Многие из этих методах основаны на знании светимости объектов, называемых стандартными свечами (например, цефеиды или сверхновые) — тогда, измерив их яркость, можно посчитать расстояние. Таким образом была рассчитана постоянная Хаббла в проекте SHoES (телескоп Хаббл).
Ученые измерили постоянную Хаббла и другим образом — по наблюдению параметров реликтового излучения на телескопе Планк, и получили другое значение постоянной Хаббла, не согласующееся с измерениями SHoES. Это различие слишком велико, чтобы быть статистическим, но пока не известны причины расхождений оценок. Поэтому необходимо независимое измерение.
Распределение вероятности для постоянной Хаббла с использованием гравитационных волн (синий). Пунктиром обозначены интервалы 1? и 2? (68.3% и 95.4%). Для сравнения показаны интервалы 1? и 2? для предыдущих оценок: Планк (зеленый) и SHoES (оранжевый), которые не сходятся друг с другом.
Гравитационные волны в данном случае играют роль стандартных свечей (и называются стандартными сиренами). Наблюдая амплитуду сигнала на Земле и моделируя его амплитуду в источнике, можно оценить, насколько она уменьшилась, и узнать тем самым расстояние до источника — независимо от любых предположений на постоянную Хаббла или предыдущие измерения. Наблюдение светового сигнала позволило определить галактику, где располагалась пара нейтронных звезд, а скорость удаления этой галактики была хорошо известна по предыдущим измерениям. Отношение между скоростью и расстоянием и является постоянной Хаббла. Важно, что такая оценка совершенно независима от предыдущих оценок или космической шкалы расстояний.
Одного измерения оказалось недостаточно, чтобы разрешить загадку различия в оценках Планка и SHoES, но в целом оценка уже хорошо соответствует известным значениям. Учитывая, что предыдущие оценки основываются на статистике, собранной на протяжении многих лет, это очень значительный результат.
Статья опубликована в Nature (тут можно прочитать), а тут можно найти краткое изложение (английский).
Верхняя панель показывает глитч в данных LIGO-Livingston, и также явно демонстрирует наличие чирпа. Нижняя панель показывает безразмерную амплитуду колебаний, ”strain" (величина, которой мы описываем величину сигнала в LIGO и Virgo) в момент глитча. Это короткий
(длится всего около 1/4 секунды), но очень сильный сигнал. Подавление уменьшает глитч до уровня оранжевой кривой, которая показывает уровень фонового шума, всегда присутствующего в детекторах LIGO.
Только один из детекторов LIGO увидел сигнал в автоматическом режиме, поскольку на детекторе в Ливингстоне в момент события произошел «глитч». Этим термином называют всплеск шума, похожий на хлопок статики в радиоприемнике. Хотя гравитационно волновой сигнал был очевидно заметен человеческому глазу, автоматика отсекает подобные данные. Поэтому понадобилась очистка сигнала от глитча, прежде чем данные могли быть использованы детектором. Глитчи появляются в детекторах все время — примерно раз в несколько часов. Ученые классифицируют их по форме и длительности и используют эти знания для улучшения детекторов. Вы можете помочь им в этом в проекте GravitySpy, где пользователи ищут и классифицируют глитчи в данных LIGO, чтобы помочь ученым.
Известные нам черные дыры, нейтронные звезды и их слияния. Есть область средних масс, о существовании компактных объектов с которыми мы ничего не знаем. Credit: LIGO-Virgo/Northwestern/Frank Elavsky
Мы зарегистрировали гравитационные волны от двух компактных объектов, и наблюдение электромагнитного излучения говорит о том, что один из них был нейтронной звездой. Но второй мог быть и черной дырой малой массы, и хотя ранее таких черных дыр никто не видел, теоретически они могут существовать. Из наблюдения GW170817 нельзя определить точно, было ли это столкновение двух нейтронных звезд, хотя это и более вероятно.
Второй любопытный момент: а чем стал этот объект после слияния? Он мог стать либо сверхмассивной нейтронной звездой (самой массивной из известных) или самой легкой из известных черных дыр. К сожалению, данных наблюдения недостаточно, чтобы ответить на этот вопрос.
Наблюдение слияния нейтронных звезд в о всех диапазонах — потрясающе богатое на физику событие. Количество данных, полученных учеными только за эти два месяца позволило подготовить несколько десятков публикаций, и гораздо больше будет, когда данные станут общедоступными. Физика нейтронных звезд гораздо богаче и интереснее физики черных дыр — мы можем напрямую проверять физику сверхплотного состояния вещества, а также квантовую механику в условиях сильных гравитационных полей. Эта уникальная возможность может помочь нам наконец найти связь между общей теорией относительности и квантовой физикой, которая до сих пор ускользала от нас.
Это открытие еще раз показывает, насколько в современной физике важна совместная работа многих коллабораций из тысяч людей.
Традиционно на Reddit ученые из LIGO отвечают на вопросы пользователей, очень рекомендую!
Происходит это будет с 18 часов по Москве 17 и 18 октября. Ссылка на событие будет ко времени начала.
Иллюстрация столкновения нейтронных звезд. Узкий выброс по диагонали — поток гамма-лучей. Светящееся облако вокруг звезд — источник видимого света, который наблюдали телескопы после слияния. Credit: NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Нейтронные звезды, самые маленькие и плотные из всех звезд, образуются при взрыве сверхновой. Когда две нейтронные звезды образуются в паре, они вращаются друг вокруг друга, и постепенно теряют энергию, сближаясь и излучая гравитационные волны, пока наконец не сталкиваются. Такое столкновение и наблюдали телескопы LIGO, а через две секунды после — гамма-вслеск достиг космического телескопа Ферми, и в последующие дни и недели астрономы могли наблюдать событие в других электромагнитных диапазонах.
Впервые гравитационные волны были зарегистрированы два года назад — от слияния черных дыр. С тех пор еще три сигнала от черных дыр были приняты детекторами, последний — всего за три дня до этого события.
Под катом — о сигнале и открытиях, с ним связанных: точной оценке на скорость гравитационных волн, независимой оценке на постоянную Хаббла и новых данных по физике нейтронных звезд.
UPD Краткое изложение главной статьи о детектировании ГВ на русском — здесь.
Список научных статей (пополняется ссылками по мере поступления)
- «GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral», PRL 119, 161101 (2017)
- «Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger», ApJL in press (2017). (почитать тут)
- «Gravitational Waves and Gamma Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A», ApJL in press (2017). (тут можно почитать)
- «A standard siren measurement of the Hubble constant with GW170817», Nature in press (2017).
- «Estimating the Contribution of Dynamical Ejecta in the Kilonova Associated with GW170817»
- «GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences»
- «Search for High-energy Neutrinos from Binary Neutron Star Merger GW170817 with ANTARES, IceCube, and the Pierre Auger Observatory»
- On the Progenitor of Binary Neutron Star Merger GW170817
Всего на arXiv вчера было опубликовано 67 (!!!) статей об открытии.
О сигнале
С самого начала работы LIGO ученые ждали регистрации волн от столкновения нейтронных звезд, так как они довольно распространены во Вселенной, а пары нейтронных звезд уже наблюдались с помощью радио телескопов. Например, двойной пульсар Халса-Тейлора, открытый в 1974, на котором впервые было косвенно доказано существование гравитационных волн: на протяжении 40 лет наблюдений две нейтронные звезды сблизились, потеряв часть энергии вращения на излучение гравитационных волн. Примерно через 300 миллионов лет эти две нейтронные звезды столкнутся, произведя сигнал, подобный тому, что LIGO наблюдала в этот раз.
Гравитационно-волновой сигнал, GW170817, был зарегистрирован 17 августа 2017 в 8:41 EDT. Автоматическая программа обработки данных обнаружила сильный сигнал на одном из детекторов LIGO, а двумя секундами позднее космический телескоп Ферми увидел всплеск гамма излучения. Телескопы и LIGO обмениваются данными о потенциальных событиях, и на основе такого совпадения между сигналами было разослано оповещение другим телескопам по всему миру, которые начали наблюдения в различных диапазонах. Сигнал также присутствовал и в данных второго детектора LIGO, но был изначально не принят автоматикой из-за глитча (о чем ниже).
Все сигналы на временной шкале
Анализ данных с LIGO позволил оценить параметры источника сигнала — двух нейтронных звезд массами от 1.1 до 1.6 солнечной и диаметром около 20 км. В отличие от предыдущих наблюдений слияния черных дыр, где само слияние занимало миллисекунды, этот сигнал длился около 100 секунд. Источник сигнала находился гораздо ближе, чем предыдущие — всего около 130 миллионов световых лет. Как результат, сигнал оказался гораздо чище от шума — соотношение сигнал-шум в 32.4, а значит, лишь раз в 80000 лет такой сигнал может случайно быть произведен флуктуациями шумов в детекторах.
В момент детектирования работал также европейский детектор Virgo, но на нем сигнала не оказалось, что помогло определить местоположение источника: Virgo был расположен по отношению к волне так, что оказался не чувствителен к ней (здесь есть видео-иллюстрация к объяснению). Подробнее о том, как три детектора помогают улучшить локализацию источника, можно прочитать тут.
Совместное наблюдение гамма-всплеска, гравитационных волн и видимого света позволили определить не только область на небе, где произошло событие, но и галактику NGC 4993, к которой звезды принадлежали.
Определение расположения на небе разными детекторами
Что мы можем сказать о нейтронных звездах?
Астрономы наблюдали короткие всплески гамма-излучения на протяжении многих десятилетий, но не знали точно, как они возникают. Основным предположением было, что этот всплеск происходит в результате слияния нейтронных звезд, и теперь наблюдение гравитационных волн от этого события подтвердило теорию.
Когда нейтронные звезды сталкиваются, основная часть их вещества сливается в один сверхмассивных объект, излучая “огненный шар” из гамма излучения (тот самые короткий гамма-всплеск, зарегистрированный через две секунды после гравитационных волн). После этого возникает так называемая килонова, когда вещество, оставшееся после столкновения нейтронных звезд уносится от места столкновения, излучая свет. Наблюдение за спектром этого излучения позволило определить, что тяжелые элементы, такие как золото, рождаются именно в результате килоновых. Ученые наблюдали после-свечение на протяжении недель после события, собирая данные о процессах, происходивших в звездах, и это явилось первым достоверным наблюдением килоновой.
Нейтронные звезды — это сверхплотные объекты, образующиеся после взрыва сверхновой. Давление в звезде столь высоко, что отдельны атомы не могут существовать, и внутри звезды находится жидкий «суп» из нейтронов, протонов и других частиц. Чтобы описать нейтронную звезду, ученые используют уравнение состояния, связывающее давление и плотность вещества. Существует множество вариантов возможных уравнений состояний, но ученые не знают, какие из них правильные, поэтому гравитационные наблюдения могут помочь разрешить этот вопрос. На данный момент наблюденный сигнал не дает однозначного ответа, но помогают дать интересные оценки на форму звезды (которая зависит от гравитационного притяжения ко второй звезде).
Интересным открытием оказалось, что наблюдавшийся короткий гамма-всплеск является самым близким к Земле, но в то же время слишком тусклым для такого расстояния. Ученые предположили несколько возможных объяснений: возможно, луч гамма-излучения был неравномерной яркости, или мы увидели только самый его край. В любом случае возникает вопрос: ранее астрономы не предполагали, что такие тусклые всплески могут быть расположены так близко, и могли ли они тогда пропустить такие же тусклые всплески, или же неправильно интерпретировать их как более далекие? Совместные наблюдения в гравитационном и электромагнитном диапазоне могут помочь дать ответ, но на данном уровне чувствительности детекторов такие наблюдения будут достаточно редкими — в среднем 0.1-1.4 в год.
Кроме гравитационного и электромагнитного излучения, нейтронные звезды излучают потоки нейтрино в процессе слияния. Детекторы нейтрино также работали над поиском этих потоков от события, но не зафиксировали ничего. В целом, этот результат был ожидаем — как и в случае гамма-всплеска, событие слишком тусклое (или мы наблюдаем его под большим углом), чтобы детекторы могли его увидеть.
Скорость гравитационных волн
Так как гравитационные волны и световой сигнал произошли от одного источника с очень большой вероятностью (5.3 sigma), и первый световой сигнал пришел через 1.7 секунд после гравитационного, мы можем ограничить скорость распространения гравитационных волн с очень большой точностью. Предполагая, что свет и гравитационные волны излучались одновременно, а задержка между сигналами произошла из-за того, что гравитация быстрее, можно получить верхнюю оценку. Нижнюю оценку можно получить из моделей слияния нейтронных звезд: предположить, что свет был испущен через 10 секунд после гравитационных волн (в этот момент уже все процессы точно должны были завершиться) и нагнал гравитационные волны к моменту достижения Земли. Как результат, скорость гравитации равна скорости света с огромной точностью
Для нижней оценки можно использовать и большую задержку между излучением, и даже предположить, что сначала был испущен световой сигнал, что понизит точность пропорционально. Но даже в этом случае оценка получается чрезвычайно точной.
Используя те же знания о задержке между сигналами можно значительно повысить точность оценок на лоренц-инвариантность (разности между поведением гравитации и света при преобразовании Лоренца) и принцип эквивалентности.
Больше подробностей — в публикации или кратком изложении (на английском).
О задержке между сигналами
Хочется отметить, что задержка между гравитационным и гамма сигналом в случае справедливости стандартной теории (скорости света и ГВ точно равны, нет никаких хитрых модификаций ОТО) может быть объяснена астрофизическими факторами. Ученые предполагают несколько возможных сценариев. Основной гипотезой образования пучков гамма-излучения является коллапс остатка от слияния нейтронных звезд в одну черную дыру, и поток гамма-частиц возникает в момент коллапса. Если после слияния нейтронных звезд они образовали одну большую (неустойчивую) нейтронную звезду, она могла просуществовать от нескольких секунд до минут перед коллапсом в ЧД, что вызвало задержку. Другим объяснением задержки может быть необходимость для релятивистского пучка гамма-лучей пройти через газовую оболочку, сброшенную в процессе слияния. Эта оболочка может быть непрозрачна для излучения, и прежде чем пучок «пробьет» окно в ней, проходит определенное время. Эти сценарии подробно рассмотрены в публикации.
Постоянная Хаббла
Credit: 1M2H/UC Santa Cruz and Carnegie Observatories/Ryan Foley
Постоянная Хаббла связывает расстояние между двумя объектами со скоростью их удаления друг от друга за счет расширения Вселенной: v = H0*d. Это наиболее фундаментальная величина в космологии, определяющая размер Вселенной и основные законы космологии. Определение постоянной Хаббла — сложная задача, так как измерение расстояний между объектами обычно нетривиально.
Обычно для измерения расстояний используется межгалактическая шкала расстояний (космическая лестница), когда разные методы измерений используются для измерения близких и далеких расстояний. Многие из этих методах основаны на знании светимости объектов, называемых стандартными свечами (например, цефеиды или сверхновые) — тогда, измерив их яркость, можно посчитать расстояние. Таким образом была рассчитана постоянная Хаббла в проекте SHoES (телескоп Хаббл).
Ученые измерили постоянную Хаббла и другим образом — по наблюдению параметров реликтового излучения на телескопе Планк, и получили другое значение постоянной Хаббла, не согласующееся с измерениями SHoES. Это различие слишком велико, чтобы быть статистическим, но пока не известны причины расхождений оценок. Поэтому необходимо независимое измерение.
Распределение вероятности для постоянной Хаббла с использованием гравитационных волн (синий). Пунктиром обозначены интервалы 1? и 2? (68.3% и 95.4%). Для сравнения показаны интервалы 1? и 2? для предыдущих оценок: Планк (зеленый) и SHoES (оранжевый), которые не сходятся друг с другом.
Гравитационные волны в данном случае играют роль стандартных свечей (и называются стандартными сиренами). Наблюдая амплитуду сигнала на Земле и моделируя его амплитуду в источнике, можно оценить, насколько она уменьшилась, и узнать тем самым расстояние до источника — независимо от любых предположений на постоянную Хаббла или предыдущие измерения. Наблюдение светового сигнала позволило определить галактику, где располагалась пара нейтронных звезд, а скорость удаления этой галактики была хорошо известна по предыдущим измерениям. Отношение между скоростью и расстоянием и является постоянной Хаббла. Важно, что такая оценка совершенно независима от предыдущих оценок или космической шкалы расстояний.
Одного измерения оказалось недостаточно, чтобы разрешить загадку различия в оценках Планка и SHoES, но в целом оценка уже хорошо соответствует известным значениям. Учитывая, что предыдущие оценки основываются на статистике, собранной на протяжении многих лет, это очень значительный результат.
Статья опубликована в Nature (тут можно прочитать), а тут можно найти краткое изложение (английский).
Немного о LIGO и глитчах
Верхняя панель показывает глитч в данных LIGO-Livingston, и также явно демонстрирует наличие чирпа. Нижняя панель показывает безразмерную амплитуду колебаний, ”strain" (величина, которой мы описываем величину сигнала в LIGO и Virgo) в момент глитча. Это короткий
(длится всего около 1/4 секунды), но очень сильный сигнал. Подавление уменьшает глитч до уровня оранжевой кривой, которая показывает уровень фонового шума, всегда присутствующего в детекторах LIGO.
Только один из детекторов LIGO увидел сигнал в автоматическом режиме, поскольку на детекторе в Ливингстоне в момент события произошел «глитч». Этим термином называют всплеск шума, похожий на хлопок статики в радиоприемнике. Хотя гравитационно волновой сигнал был очевидно заметен человеческому глазу, автоматика отсекает подобные данные. Поэтому понадобилась очистка сигнала от глитча, прежде чем данные могли быть использованы детектором. Глитчи появляются в детекторах все время — примерно раз в несколько часов. Ученые классифицируют их по форме и длительности и используют эти знания для улучшения детекторов. Вы можете помочь им в этом в проекте GravitySpy, где пользователи ищут и классифицируют глитчи в данных LIGO, чтобы помочь ученым.
Вопросы без ответов
Известные нам черные дыры, нейтронные звезды и их слияния. Есть область средних масс, о существовании компактных объектов с которыми мы ничего не знаем. Credit: LIGO-Virgo/Northwestern/Frank Elavsky
Мы зарегистрировали гравитационные волны от двух компактных объектов, и наблюдение электромагнитного излучения говорит о том, что один из них был нейтронной звездой. Но второй мог быть и черной дырой малой массы, и хотя ранее таких черных дыр никто не видел, теоретически они могут существовать. Из наблюдения GW170817 нельзя определить точно, было ли это столкновение двух нейтронных звезд, хотя это и более вероятно.
Второй любопытный момент: а чем стал этот объект после слияния? Он мог стать либо сверхмассивной нейтронной звездой (самой массивной из известных) или самой легкой из известных черных дыр. К сожалению, данных наблюдения недостаточно, чтобы ответить на этот вопрос.
Заключение
Наблюдение слияния нейтронных звезд в о всех диапазонах — потрясающе богатое на физику событие. Количество данных, полученных учеными только за эти два месяца позволило подготовить несколько десятков публикаций, и гораздо больше будет, когда данные станут общедоступными. Физика нейтронных звезд гораздо богаче и интереснее физики черных дыр — мы можем напрямую проверять физику сверхплотного состояния вещества, а также квантовую механику в условиях сильных гравитационных полей. Эта уникальная возможность может помочь нам наконец найти связь между общей теорией относительности и квантовой физикой, которая до сих пор ускользала от нас.
Это открытие еще раз показывает, насколько в современной физике важна совместная работа многих коллабораций из тысяч людей.
Reddit AMA
Традиционно на Reddit ученые из LIGO отвечают на вопросы пользователей, очень рекомендую!
Происходит это будет с 18 часов по Москве 17 и 18 октября. Ссылка на событие будет ко времени начала.
Дополнительно
- Хронология наблюдения
- Более подробное видео об открытии
- Сводная табличка данных
Credit: LSC/Anuradha Gupta, Zoheyr Doctor
- Как звучит слияние нейтронных звезд
- Еще одна симуляция слияния
- Страница Gemini с объяснениями электромагнитных наблюдений
- Красивая анимация работы интерферометра
- Забавная игра, SpaceTime Quest, в которой вы строите свой инетферометр, пытаясь достичь наилучшей чувствительности.
- Видео от NASA про нейтронные звезды
- Интерактивная карта источников ГВ на небе: Gravoscope
Tyusha
Здорово! Хотя создали ажиотаж, как вокруг восьмого айфона. Я уж грешным делом предполагала, наблюдали перезамыкание космологических струн.
Shkaff Автор
Эх, это была бы совсем другая история и правда… ну всему свое время, ищут-ищут;)
voyager-1
На сколько знаю изучение частиц высоких энергий началось в астрономии и только затем были созданы первые ускорители частиц. А теперь когда у БАК уже не могут увеличить энергию столкновений выше 14 ТэВ — похоже у нас появилась новая «природная лаборатория». История развивается по спирали — как говорится.
Shkaff
На сколько знаю раньше было две гипотезы на счёт плотности вещества в ЧД: что вещество равномерно распределяется под горизонтом событий, и что вещество сконцентрировано в центре ЧД с планковской плотностью. Я так понимаю что эти наблюдения могут ответить на этот вопрос? И ещё более безумное предположение:Может это быть связано с тем что свет от нейтронных звёзд слегка отклонялся под действием массивных объектов между нами, а гравитация шла по прямой?
Shkaff Автор
Насколько я понимаю, тут несколько другое дело: за счет замедления времени для наблюдателя вся масса размазана по поверхности ЧД, для самой массы — оно все падает в центр (что там дальше, сложно сказать — наверное, зависит от квантов все же). В этом смысле тут нет противоречия между двумя вариантами.
Мы тут в прошлый раз довольно плодотворно это обсудили в этой ветке: тут.
Сложно сказать, но в таком случае вряд ли бы настолько совпала бы точность локализации источников. Плюс разные энергии ЭМ дали ту же локализацию, так что вряд ли.
alex7
Если внешний наблюдатель видит, что время замедляется возле горизонта событий, то должно быть и наоборот? Для падающей массы время вселенной, окружающей черную дыру, будет бесконечно быстро проматываться вперед пока ЧД не испарится через излучение Хокинга (если оно, конечно, существует). И выходит, что масса так и не успеет упасть в центр?
Shkaff Автор
Представьте в локальном времени происходит два процесса — ваше падение в ЧД и ее испарение. Испарение все же не очень много массы уносит, по сравнению с тем, сколько вы весите. Поэтому в какой-то момент ваша общая масса (черной дыры + вы — излучение) создает новый горизонт событий и вы разом оказываетесь внутри ЧД.
То есть, вы сам момент падения не увидите — для вас видимый горизонт всегда будет впереди.
Tyusha
Тут не обойдётся без эффекта Доплера, но это-то ладно. Более интересно, что там появится эффект Унру! Сразу сообразить трудно, к чему это приведёт, но падающий увидит совсем не такое излучение Хокинга, как можно было бы подумать.
Tyusha
Хотя нет, может быть, ерунду ляпнула насчёт Унру. Падающий находится в локально инерциальной системе. В общем надо подумать, т.к. глобальные какие-то эффекты а-ля Унру могут быть.
Shkaff Автор
Ну да, конечно, тут его не показано. А вот насчет эффекта Унру — мне всегда казалось, что это и есть излучение Хокинга для локального наблюдателя?
Tyusha
Я именно так и считала всегда. Хотя в литературе напирают на то, что не стоит их считать одним и тем же. Мне, в силу своей серости, это не понятно.
Мне сейчас подумалось, что при приближении к горизонту Хокинг минус Унру вообще может дать ноль.
Издалека можно считать, что пространства ускоренно "падает" в ЧД. Т.е. есть относительное ускорение между наши и пробным телом. Поэтому излучение Унру в этом случае и есть Хокинг. А если мы падаем сами, то получается, что мы никакого Хокинга не видим.
PS: Это не утверждение, а интуитивное предположение.
Shkaff Автор
Хм, любопытно. Кажется, что и правда не совсем одно и то же, только в пределе на горизонте становится тем же (как вы и сказали). Даже, говорят, принцип эквивалентности как-то нарушается не на горизонте.
Tertium
Сасскинд пишет, что ЧД начнут толком испаряться, когда все закончится и температура упадет до нуля. Хотя это не запрещает излучение Хокинга, но получается, падение объекта в дыру и ее испарение рассинхронизированы?
Tyusha
Имеется ввиду, что ЧД больше поглощают реликтовое излучение, чем испаряются сами? Типа второй закон термодинамики: невозможна передача энергии от более холодного тела (ЧД) более горячему (внешней Вселенной).
black_semargl
Так это сейчас невозможна.
А как только возраст вселенной превысит время Хаббла (14,6 млрд лет) — температура реликтового излучения пересечёт нулевую отметку.
Точнее, чуть позже — потому как реликтовое излучение не сразу после БВ возникло.
Dimmis
Как это «пересечет нулевую отметку»? Станет отрицательной что ли?
black_semargl
Математически — да, реально же просто перестанет к нам приходить — потому как из-за расширения Вселенной эта точка удаляется от нас быстрей скорости света.
Tyusha
Какая «эта точка»? Температура реликтового излучения никогда не упадёт до нуля вплоть до Большого Разрыва.
black_semargl
1) Реликтовое излучение возникло практически единовременно по всему объёму вселенной спустя полмиллиона лет после БВ, так?
2) Пространство вселенной расширяется, притом точки за пределами радиуса в 14.6 млрд светолет, удаляются от нас быстрее скорости света, так?
3) Фотоны излученные из этих точек не дойдут до нас никогда, так?
Включая фотоны реликтового излучения, так?
4) Сейчас вокруг нас фотоны реликтового излучения, излученные на дальности в 13.8 млрд светолет.
0xd34df00d
Но для каждого момента времени будет существовать непустое множество фотонов (с точностью до квантования) реликтового излучения. Соответствующая функция непрерывная, если хотите.
black_semargl
Если звезда удаляется от нас со сверхсветовой скоростью — мы её видим или нет?
0xd34df00d
Технически это неверный вопрос, потому что не звезда удаляется, а пространство расширяется. Звезда в своей локальной системе отсчёта (привязанной к равномерности CMB, забыл, как называется) с хорошей точностью покоится.
Впрочем, в случае со звездой появится точка, в которой фотоны, излученные звездой, не достигнут наблюдателя никогда — пространство между ним и той точкой будет расширяться слишком быстро. Но дело в том, что до этого момента фронт излучения CMB, в отличие от звезды, существовал «всегда». Поэтому для любого момента на Земле будет точка в удалённом пространстве, путешествие фотонов от которой до Земли займёт ровно требуемое время.
Dimmis
Позволю себе процитировать:
Сверхсветовое разбегание галактик
Eldhenn
Почему это? Налюдатель же протяжённый, и плавно приближается к ЧД. Так же плавно будет приближаться ГС, и в какой-то момент он пересечёт протяжённого наблюдателя...
phdnk
Нет, падающий на ЧД наблюдатель не будет видеть ускоренного воспроизведения будущего ЧД. Рекомендую обратиться к Теоретическому Минимуму Л. Сасскинда.
Dimmis
Есть вариант, что на горизонте ничего не размазывается — масса, скопившаяся на горизонте тоже обладает гравитацией и благодаря этому за вполне конечное время для всех наблюдателей формируется новый горизонт ЧД, включающий в себя и эту массу. Не уверен, является ли это общей точкой зрения, но именно такой вариант описывает Э. Ахмедов в книге «О рождении и смерти черных дыр».
Shkaff Автор
Да-да, так и есть, особенно для столкновения черных дыр. Но вот для обычной массы это конечное время все равно может быть миллиарды лет.
Dimmis
Интересно прикинуть характерное время, требуемое для частицы движущейся со скоростью, близкой к скорости света, чтобы приблизиться к горизонту ЧД на расстояние, скажем, диаметра протона (по часам внешнего наблюдателя). Формула замедления времени в грав поле из википедии тут очевидно не подойдет. Не знаете, где можно посмотреть более точную, но без лагранжианов и прочих заумностей?
Shkaff Автор
Я не уверен, как точно можно это сделать, я бы взял простой случай метрики Шварцшильда и следовал страничке тут. Там прямо решение для времени есть, из него можно, думаю, пересчитать то, что вы хотите.
Dimmis
Нашел чуть более просто уравнение времени для пробной частицы
вот здесь, но то ли формула неправильная, то ли я считаю неправильно, но получается какая то ерунда. время порядка 10^9 для достижения расстояния порядка 1 см, но при этом интеграл сильно зависит от верхнего предела, чего быть не должно, а при таком расположении границ как в формуле вообще дает отрицательный ответ.
Tyusha
Во-первых, какой вы взяли r_g? Если уж стали говорить о числах.
Во-вторых, не забывайте разделить результат на c (скорость света).
Dimmis
А разве это важно? Я взял 3000 м как для солнца.
Конечный результат? В любом случае, это просто доп коэффициент, который в сути вопросов ничего не меняет.
Tyusha
Ну как сказать… Вы же считать взялись, а тут 8 порядков как-никак, если даже в системе СИ.
Ну и размерность тоже для приличия желательно соблюсти.
Dimmis
Так эти 8 порядков (или 16? там не квадрат скорости?) можно учитывать когда будет все понятно, откуда берется отрицательная величина и странное поведение функции. Смысл приводить ответ в единицы СИ, если он заведомо неверный?
Tyusha
Как говорил один из моих преподавателей по конформным полям: «Купите себе минус». И всё.
Размерность интеграла справа — длина [м], чтобы получить время слева, надо разделить интеграл на скорость: [cек] = [м] / [м/сек].
Dimmis
Согласен по обоим пунктам)
Shkaff Автор
Знак минус — это просто выбор системы координат (нижняя граница больше верхней), и делить на скорость света все же надо, чтобы время адекватное получить. И потом, надо же выбрать R?
Вообще, по моей ссылке для фотонов там вообще простая формула:
Dimmis
Да, скорее всего так.
Надо, конечно, но по логике, при достаточно больших «R», изменение «R» должно приводить к изменению времени на какую величину (т.е. зависимость линейная), а изменение «r» к изменению времени во сколько то раз (зависимость экспоненциальная). Так что выбор «r» должен быть гораздо важнее.
Я так понимаю это формула дает возможность посчитать замедление времени на на каком то расстоянии «r» от радиуса шварцильда «rs». А полное время падения частицы с расстояния «R» до «r» по ней не посчитать. Или можно?
Shkaff Автор
Эта формула — просто взятие интеграла по вашей формуле, только у вас формула для массивных частиц, а у меня — для фотонов. Если вы сюда
подставите E=mc2 и момент инерции равный нулю h=0 вы получите вашу формулу.
Так что время, которое прошло, зависит от константы в моем уравнении, которая просто начальное время по сути.
Vorber
Ещё один глупый вопрос, с вашего позволения: а не могла наблюдаемая гравитационная волна сама по себе замедлить гамма вспышку? Насколько я вижу, продолжительность импульса на LIGO примерно такая же, как и наблюдаемая задержка. Понимаю, что за уши притянуто и предположение о том, что события просто происходили последовательно намного правдоподобнее, просто интересно, насколько безумно моё предположение.
Shkaff Автор
В общем — думаю, нет, не могла. Не очень представляю, какой должен быть механизм такого. Учитывая, что волна перпендикулярна распространению света...
vanxant
Чтобы получить задержку 2 секунды, гравитация должна расширить пространство на 600 тысяч км. При том, что весь процесс происходит в области линейными размерами в единицы, ну десятки км. Т.е. растащить пространство в десятки тысяч раз… и тут же стащить его взад.
Так что ответ на ваш вопрос —
— будет «определенно безумно»)
Smog1on1the1water
«Размазывание массы» имеет место быть исключительно в решениях ОТО. Во-первых, в условиях экстремальной близости к горизонту событий нет никаких гарантий того, что ОТО «все так же хорошо» работает, — в реальности могут возникать квантовые и прочие поправки со стороны более общей теории. Во-вторых, те же самые квантовые эффекты могут приводить к тому, что пересечение горизонта событий будет занимать конечное время по часам удаленного наблюдателя.
Shkaff Автор
Ну да, может быть, но мы пока знаем только ОТО, о ней и речь. Как оно там все на самом деле — кто его разберет… Может наберем статистику по слиянию ЧД, можно будет искать отклонения от ОТО.
Smog1on1the1water
Строго говоря, но и это тоже не вполне верно. Есть поправки к ОТО, получаемые в рамках «полуклассических теорий» (излучение Хокинга). Есть модели, в которых лагранжиан теории содержит члены, дополнительные по отношению к ОТО, в которой действие для гравитационного поля и материи включает лишь самые простые из возможных компонент. Понятно, что принцип Оккама и т.п., но все же неверно утверждать, что мы ничего не знаем и у нас нет никаких вариантов в запасе — теоретических моделей построено предостаточно.
В том числе и для этого все и делается.
Shkaff Автор
Конечно-конечно, вы совершенно правы. Под "знаем" я имел ввиду "имеем какие-то экспериментальные свидетельства и какое-никакое понимание". Да и все же тут у нас такая, научно-популярная дискуссия, больше с базовыми вещами разбираемся.
Smog1on1the1water
Я просто хотел отметить, что концепция «застывшей звезды» с размазанным по ее поверхности веществом — это такая весьма и весьма консервативная точка зрения где-то 60-ых годов прошлого столетия. А с тех пор было сделано и разработано много чего интересного, включая еще не упомянутую здесь мембранную парадигму Кипа Торна (см. например книгу «Черные дыры: Мембранный подход»).
Shkaff Автор
Так я не зря включил в первый коммент ссылку на обсуждение в прошлый раз — мы там по этому как раз прошлись.
Smog1on1the1water
В той ветке обсуждение ссылки на главу из Мизнера-Торна-Уилера. Однако, обсуждаемые (не везде точно) закономерности там — это в чистом виде ОТО в концепции «застывшей звезды». Сам Торн в других работах об этой концепции отзывается весьма критически (считая, что она совершенно себя дискредитировала, именно такими словами), так что соответствующая глава из Гравитации несомненно интересна, но именно в академическом плане.
Shkaff Автор
Спасибо за уточнение! Мои познания в ОТО, честно сказать, Гравитацией и ограничиваются.
А про Торна смешно было — он на факультете был однажды, увидел Гравитацию и сказал как раз что-то типа "вы все еще этим пользуетесь? Это же все безнадежно устарело!". Но вот чем пользоваться — не сказал… а я к тому моменту уже всю прочитал и больше времени не сложилось:(
Smog1on1the1water
Ну да, это все объясняет (ситуацию с удивлением). Чтобы далеко не ходить — в той же упомянутой мною выше книге про мембранный подход (а это перевод 1988 года!), он пишет (Глава 2.А): "Мало-мальски проницательный читатель может возразить против такого выбора, думая, что мы возвращаемся к старому, дискредитировавшему себя взгляду на черные дыры как на застывшие звезды; мы успокоим эти опасения и объясним наш выбор позднее".
Shkaff Автор
Почитаю, спасибо!
black_semargl
Для физики есть такое правило «если физический закон для определённых входных условий выдаёт бесконечно большую величину — значит тут в нём какая-то фигня»
Т.е. или какие-то поправочные члены или данное сочетание условий не встречается.
Shkaff Автор
Я не очень понял, к чему вы, но я с самого начала писал, что бесконечности там не будет в любом случае.
vanxant
Я как инженер вам скажу, что оно и в классической ОТО будет занимать очень даже конечное время.
Допустим, мы отправили в невращающуюся черную дыру робота на фотонной ракете. И он нам отстукивает «бип-бип» морзянкой, включая-выключая направленные на нас фотонные двигатели.
Так вот, замедление времени приводит не только к красному смещению излучения (это ерунда, если двигатель «в покое» моргает на «жёлтой» частоте ~500 ТГц, а мы можем принимать сверхдлинные волны скажем на 0,5 Гц, т.е. в 1015 раз меньше). Значительно хуже, что так же падает и наблюдаемая мощность излучения. И вот она значительно быстрее уйдёт под уровень фонового шума, после чего мы перестанем что-либо наблюдать.
Smog1on1the1water
Все так, но, строгости ради, выше речь немного о другом.
1. Если брать идеализированную задачу сферической черной дыры в вакууме, то мы действительно получим решение в виде «застывшей звезды», тут все верно. «Бип-бип» робота действительно быстро уйдет под уровень фонового шума, но в рамках этой конкретной идеализированной задачи мы не можем говорить о том, что он ушел под горизонт событий.
2. Если же мы рассматриваем эту же идеализированную задачу, но в рамках как-то другой «более совершенной» теории, то именно пересечение горизонта (а не лишь уход под шум) может отнимать конечное время.
3. Ну и, наконец, если мы попытаемся аккуратно отказываться от идеализации в рамках той же ОТО, то мы опять таки можем прийти к тому, что в неидеальном случае мы получим решения «без застывания».
Spaceoddity
Прицнип Ферма нарушается (и попутно ОТО). Получается гравитация доставит информацию быстрее света.
voyager-1
П.С. Только сейчас дошло: гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью света в вакууме. А свет же получается распространяется в среде — в очень разреженном межзвёздном газе, с плотностью порядка атомов на см3. Если я прав — с этого как-раз должны наскрестись эти крохи на 10 секунд разницы.
Spaceoddity
Идея в том что свет уже учитывает это гравитационное отклонение по самому принципу «быстрейшей доставки сигнала». И на гравитационное это должно влиять точно так же (если оно претендует на движение со скоростью света).
voyager-1
Скорость света в вакууме — это предел который нельзя преодолеть как для вещества, так и для информации. А вот скорость света в данных конкретных условиях — предельной не является, иначе бы черенковского излучения просто бы не было.
ababich
По прямой — это как ??? :))))
Звезда ничего не отклоняла. Она гравитацией искривила пространство-время и свет шел по прямой (по геодезической), а нам это видно как кривое. А ГВ, как рябь на пространстве-времени идет тем же путем и по тем же кривулям. "Другого пространства — времени у меня для вас нет" (©)
Поэтому я и спросил:
По прямой — это как ??? :))))
wormball
> планковской плотностью
Вот это мне больше всего понравилось:
> Планковская масса, имеющая планковскую плотность, будет иметь планковский объём, и так же неизбежно будет превращена в планковскую чёрную дыру, которая спустя одно планковское время аннигилирует из-за излучения Хокинга с выделением планковской энергии в виде квантов света.
Как та лошадиная сила, которая равна силе сферической лошади массой один килограмм и ростом один метр.
TyVik
То есть подождите — учёные смогли «разглядеть» объекты массой около солнечной за 130 млн световых лет? Офигеть!
ZloyStrelok
насколько я понял, они только смогли локализовать галактику, в которой эти объекты находятся. а остальные выводы по анализу гравитационных волн и излучений.
Shkaff Автор
Ну почему же, наблюдали напрямую само слияние. Яркое в центре — галактика, а стрелочка указывает на оптическое наблюдение столкновения (как свет затухает):
ZloyStrelok
Мне кажется, что наблюдать само слияние и наблюдать яркое пятно размером в 1% от галактики — не одно и то же. Я к тому. что параметры этих объектов — тип и масса были получены не визуальным наблюдением за этими звездами, а на основе анализа гравитационных волн и излучения при их слиянии.
Shkaff Автор
Это да, тут вы правы. Да и вообще, мы сверхновые давно наблюдаем в других галактиках и гораздо дальше, чем 130млн лет — так что именно в этом аспекте ничего особо удивительного нет.
black_semargl
Размер пятна скорей один пиксель, а галактики — 100.
Shkaff Автор
Нет, там лучше разрешение, пятно — пикселей сто.
black_semargl
Ну само зеркало тоже неидеально, может точечный источник размазать в пятно.
UDiy34r3u74tsg34
правильно ли я понимаю, что задержка в 2 секунды может быть обоснована только локальными эффектами так как 130 млн световых лет дали бы задержку побольше даже при маааахоньких различиях. То есть все 130 млн световых лет межзвёздного газа, гравитационных линз, расширения пространства и тд абсолютно идентично отразилось на оба типа волн?
Shkaff Автор
В общем, да — все же там нужны огромные плотности, чтобы задержать супер-энерегитичные гамма-лучи.
Межзвездный газ не влияет на ГВ, но его плотность очень мала. Линзирование не влияет одинаково на ГВ и свет, но его мало — там нет ничего на пути очень массивного, расширение пространства влияет одинаково.
UDiy34r3u74tsg34
мало, но не 0. То есть есть такой же малый, но не нулевой шанс, что разница в 1/2e+20 из-за среды?
Shkaff Автор
Должен признать, я не уверен, какова разница в отклонении ГВ и света. Я могу представить, что это может быть эффектом третьего порядка, условно. Кажется, локальные эффекты гораздо более вероятны.
Sdima1357
Вроде была тут версия, что если у фотонов ненулевая (но очень маленькая) масса покоя, то скорость света будет слегка ниже скорости гравитационных волн, а константа «с» в этом случае — именно скорость гравитационных волн.
Shkaff Автор
В каком-то смысле да, гравитация более фундаментальна. Но, думается, это довольно нереалистично — все же массу фотона мы знаем с огромной точностью.
Sdima1357
Вот тут вроде
geektimes.ru/post/293025/#comment_10317779
Shkaff Автор
Да, но все же если выбирать из двух объяснений: "скорость света меньше с" и "свет рассеивается на сверхплотных облаках газа в начале пути, что мы можем хорошо промоделировать", мне кажется, второй вариант предпочтительней, так как никаких учебников не нужно переписывать;)
Spaceoddity
Вики:
Shkaff Автор
Нет, ну справедливости ради, можно представить отличие массы от нуля в каком-нибудь 40 знаке после запятой, мы бы это не увидели в таких "простых" экспериментах.
Spaceoddity
Ну при таких размерностях, можно говорить об абсолюте (планковская длина, планковское время).
Ну и третье поляризационное состояние проявилось бы.
Tyusha
Не совсем понятно, что за задержка имеется ввиду. Гравитационные волны ведь шли по нарастающей течении долгого времени (собственно они излучались задолго, просто в какой-то момент достигли порога чувствительности детекторов).
Что за 2 секунды в таком случае? Предполагаю, что как раз между окончанием гравитационного сигнала (когда катастрофа закончилась) и приходом гаммы.
Shkaff Автор
2 секунды — между слиянием (пиком ГВ сигнала) и приходом гамма-сигнала, именно.
potan
Эх, еще бы нейтрино из того же источника зарегистрировать.
tot418
За нейтрино к IceCube нужно обращаться)
Shkaff Автор
Так они участвовали в наблюдении и ничего не увидели.
black_semargl
Нейтрино всё-таки не со скоростью света движутся.
Shkaff Автор
Почти со скоростью света. И они наблюдали на протяжении нескольких недель после, но ничего не увидели.
black_semargl
Я в общем слабо представляю, от каких реакций после столкновения должны лететь нейтрино, звёзды-то и так нейтронные.
А распад выброшенного нейтронного вещества на стабильные ядра — неизвестно каким образом происходит
Shkaff Автор
Там кроме нейтронов в этих звездах полно всего, и ядра атомов, и элементарные частицы. Так что есть откуда взяться. Откуда там, по вашему, рождаются тяжелые элементы — золото, платина и тп?
black_semargl
А с чего с ними должно что-то случиться при столкновении?
Просто частично выбросило наружу и всё.
Да и не так уж это много относительно общей столкнувшейся массы — единицы процентов.
Shkaff Автор
Нет, тяжелые элементы именно рождаются в процессе ядерной реакции при столкновении, это ж одна из главных фишек открытия.
black_semargl
Насколько я понимаю — верхний слой НЗ — это нейтроны с некой примесью протонов, и если это вещество просто «разбрызгать» — как раз тяжёлые ядра и получатся. И через деление и бета-распад дойдут до стабильных.
Но от него не нейтрино а антинейтрино летят, может и детектор другой надо…
Shkaff Автор
А, я отвечал про ядра, не про нейтрино.
Про нейтрино — там сложнее… Никто толком не знает, на самом деле, что происходит при столкновении. Одним из вариантов (можно тут почитать) является рождение нейтрино не в самом столкновении, но при взаимодействии гамма-лучей с веществом нейтронных звезд (fireball). Собственно, поэтому и ищут. Но для данного события там слишком маленькие энергии были, что поймать (ну или наблюдали под углом).
Tyusha
Ещё есть рождение частиц из нифига в сильной гравитационной волне. Я когда-то очень давно занималась такой сильно упрощённой задачкой для скалярных полей. Но там поровну рождается вещества и антивещества.
Shkaff Автор
Хм, любопытно, два гравитона на два фотона/нейтрино-антинейтрино? Только в сильных полях, или в принципе где угодно?
max1muz
По ссылке на двойной пульсар Халса-Тейлора, написано что только одна из звезд является нейтронной.
Если она не белый карлик, то удивительно как вообще уцелела при очень близком взрыве сверхновой.
stalinets
Про LIGO и гравитационные волны даже делают песенки))
www.youtube.com/watch?v=degD69wnZcY
rPman
Круто. Сделано качественно, особенно это видно НЕ носителю языка.
stalinets
Ну такой стиль, конечно, на любителя, но мне многие видео у него нравятся. Особенно «The sutface of light» (про эволюцию Вселенной после Большого взрыва), «A whole new world» (про открытие и поиск экзопланет), «CRISPR-CAS9» (про белок-ножницы для ДНК, открывший большие перспективы в генетике), «Bohemian gravity» (про теорию относительности и гравитацию).
antonksa
В этом событии как по мне самое главное то, что подтверждается, что детекторы регистрируют именно ГВ, а не флуктуации наведенные в провода сенсоров проехавшим трамваем.
Tyusha
Для этого нужны когерентные трамваи, проезжающие рядом со всеми тремя детекторами.
ankh1989
Точнее тройкой квантово-спутанных трамваев.
Tyusha
Нет, спутанность необязательна. Более того спутанность не гарантирует когерентности. Это разные вещи.
Kolegg
За доказательство причины коротких гаммавсплесков можно и еще раз в Швецию съездить.
TheShock
Простите, а куда именно эта энергия уходит? Я думал, что движение в пространстве без ускорения не тратит энергию. Солнце, двигаясь вокруг центра галактики ведь не «теряет энергию» и не упадет рано или поздно на черную дыру? Что я понимаю неправильно?
Shkaff Автор
Энергия тратится как раз на излучение гравитационных волн. Солнце и Земля излучают гравитационные волны, и медленно сближаются, только настолько медленно, что мы никогда не увидим эффекта. И Солнце с центром галактики тоже излучают, только там уж совсем мало, так что никогда не упадет. Но любое радиально ассиметричное движение (с переменным ускорением) обязательно приводит к излучению ГВ.
Сила излучения сильно зависит от масс и расстояния между объектами. Поэтому сколь либо видимый эффект мы можем увидеть только на сверхкомпактных объектах (черные дыры или нейтронные звезды) — радиусом в десятку километров, на расстоянии нескольких сот километров, вращающихся вокруг друг друга с огромными скоростями (в половину скорости света, например).
TheShock
Я думал, что по ТО гравитация — это не более чем искривление пространства огромной массой. А оказывается, что притягивать другой объект — это работа? Мне кажется это непоследовательным, как все это понять?
Shkaff Автор
Вы совершенно правы насчет гравитации, и на обычное притяжение энергия не тратится. Но вот когда у вас есть два объекта, и они движутся ассиметрично (с переменным ускорением, это важно) — их искривленные пространства взаимодействуют и излучают. Я не уверен, что есть простое объяснение, почему ГВ излучаются.
Smog1on1the1water
ГВ излучаются по той же причине, почему излучаются и ЭМ волны. В ОТО компоненты метрического тензора пространства-времени являются вместе с тем и потенциалами гравитационного поля (в этом геометрическая формулировка ОТО отличается от традиционных теорий поля, где компоненты метрики и поля идут порознь). Таким образом, при движении источников поля, в ОТО помимо изменения метрики одновременно происходит и изменение потенциалов поля. А раз меняется распределение потенциалов гравитационного поля в пространстве, то это же означает и перераспределение энергии самого гравитационного поля. Отсюда и волны, несущие энергии.
Вообще же, существуют еще так называемые полевые формулировки ОТО в форме обычной теории поля на фоне некоторого вспомогательного пространства-времени. Там соответствующие «напряженности» поля выделяются в явном виде, и соответствующие волны в целом похожи по смыслу на электромагнитные, но с рядом существенных отличий по своим свойствам.
Shkaff Автор
Все так, только я не знаю, как объяснить это "на пальцах".
Smog1on1the1water
Мне кажется, тот факт, что изменение потенциалов поля означает и распределение энергии в пространстве — это вполне «на пальцах» и понятно интуитивно. Многие просто упускают, что геометрия — это те же потенциалы, и в самой геометрии тоже «зарыта» энергия. В дальнейшем при изучении ОТО данное обстоятельство усугубляется тем, что для гравитационного поля вводится не тензор, а псевдо-тензор энергии-импульса, а причины (проблемы локализации во времени и пространстве) остаются недопонятыми. Впрочем, в полевой формулировке эта проблема опять таки рассасывается «сама собою».
Shkaff Автор
Но как объяснить, что изменение потенциалов приводит к излучению чего-либо? Само понятие потенциала тоже не шибко "на пальцах"… То есть, условно, если есть человек не знающий физики, но желающий понять.
Кстати, а есть какой хороший учебник по современному состоянию ОТО?
kauri_39
Как полагаете, не коррелирует ли с "энергией геометрии" энергия вакуума, как её понимают в КТП? Эта энергия проявляется на микро уровне (Лэмбовский сдвиг), на нано уровне (эффект Казимира), в космологическом масштабе (разлёт кластеров). Может, пора её разностью в разных гравпотенциалах объяснить природу гравитации?
Вот даже гравволны на это намекают. Говорят, что гравволны — это "колебания самой ткани пространства". По-моему, под этим фиговым листком скрыты колебания энергетической плотности среды. Среду можно проквантовать и считать, что её растяжения-сжатия в гравволнах — это периодические движения её квантов, приводящие к попеременному разрежению и уплотнению среды. И если они вызывают соответствующие движения находящихся в ней тел (в частности, зеркал интерферометра), то поступательное, ускоренное движение тел в гравполе должно вызываться таким же движением квантов среды в сторону источника гравитации — массивного тела. Очевидно, это происходит потому, что плотность среды в этом теле всегда минимальна, и к нему постоянно притекает внешняя, более плотная среда.
Не подумайте, что это только моё предположение. Израильский физик именно так моделировал гравполе чёрной дыры в успешном поиске аналога излучения Хокинга. В роли квантованной среды, с ускорением текущей за горизонт ЧД, у него выступал поток переохлаждённых атомов рубидия. Что делает материя с поглощаемыми ею квантами среды — это другой, но тоже решаемый вопрос.
nookosmizm
Дали Нобелевку за открытие Гравитационных волн. Хотя гравитация — это векторная величина, постоянная в данной точке по отношения к конкретному объекту и меняется пропорционально расстоянию. Гравитация исходит от каждого атома и клетки при их создании и чем больше атомов и клеток, тем сильнее гравитационное поле тела.
Поэтому говорить о гравитационных волнах можно только относительно, т.к. волны — это колебания. А гравитация — постоянна. За гравитационные волны учёные принимают длинные и сверхдлинные электромагнитные волны, которые притягиваются к материальным объектам из-за длительного направления вектора магнитной составляющей волны, в отличии от КВ и УКВ, которые в силу своей частоты на длительном отрезке часто меняют направление своего магнитного вектора и результатом является нулевое магнитное притяжение.
Frankenstine
В процессе слияния ЧД/НЗ заметная часть материи (массы) переходит в энергию — частично в излучение, а частично в гравитационное возмущение. То, что регистрируется детектором — именно «перепады» гравитационного потенциала из-за быстрого изменения массы вещества в выделенном объёме пространства. Постоянна гравитация, скажем, звезды/планеты вдали от других массивных тел. Именно поэтому гравитационный детектор не может «увидеть» волн от других планет нашей системы или нашего Солнца.
black_semargl
Если я правильно понимаю — масса движущегося от нас тела меньше чем у движущегося к нам, при равной по модулю скорости. Тот же допплер по сути, но для волны с бесконечным периодом. Плюс релятивистские эффекты, которые обеспечивают запаздывание сигнала от более далёкого объекта.
Поэтому получается что наблюдаемый центр тяжести вращающейся системы гуляет туда-сюда.
Shkaff Автор
Нет, во-первых, масса не изменяется при преобразованиях Лоренца (если вы об этом). Во-вторых, грав волны излучаются в локальной системе координат, это объективная потеря массы (энергии) системой.
black_semargl
В любой инерциальной системе координат — центр притяжения бегает вокруг центра масс, с удвоенной относительно периода частотой.
Формулы видел но на память не приведу.
vanxant
Правильно. Только вращение — это ускоренное движение. И, более того, неравномерно ускоренное (вектор центростремительного ускорения сам поворачивается в процессе вращения). Для излучения грав. волн вообще нужна третья производная координаты, т.е. неравномерное ускорение. И в этой Вселенной это случается как раз-таки в случае тесных двойных систем, вращающихся вокруг общего центра масс.
Для материальных точек с массами M1 и M2, вращающихся друг вокруг друга на расстоянии A, мощность гравитационного излучения пропорциональна M1 * M2 * (M1 + M2) / A5.
Пятая степень расстояния в знаменателе заруливает. Серьёзная мощность излучения получается только для очень близко расположенных объектов на пределе массы — касающихся чёрных дыр или, как здесь, нейтронных звёзд.
Существуют очень тесные обычные звёзды — настолько, что их внешние слои слиплись, и фактически это уже одна звезда в форме «груши». Но даже для них потерями на гравитационное излучение можно пренебречь по сравнению с потерями на приливы.
Shkaff Автор
del
Lamaster
Немного поздно, но можно один дилетанский вопрос?
У гравитационных волн есть вектор? То есть в случае притяжения двух тел друг к другу они движутся навстречу. А в этом случае, когда гравитационная волна для наблюдателя переменная, то наблюдатель так же переменно притягивается в сторону источника волны?
Shkaff Автор
Есть, но он направлен перпендикулярно направлению распространения. То есть, когда волна проходит через наблюдателя, он растягивается-сжимается (не притягивается все же) перпендикулярно этому направлению.
SuperZveruga
Все размышления, вся космогония, построены на постоянной Хаббла, которая совсем не постоянная. Доколе это будет продолжаться?