Что увидели детекторы LIGO

Два наложенных сигнала от двух установок. Картинка из презентации
Рис. 1. Два наложенных сигнала от двух установок. Картинка из презентации

Коллаборация (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) объявила о первой прямой регистрации [1] гравитационных волн, сто лет назад предсказанных Альбертом Эйнштейном. Об открытии стало известно в ходе трансляции пресс-конференции. Зарегистрированные испущены двумя сливающимися черными дырами (общей массой около 60 солнц) 1,3 млрд лет назад. Около месяца ушло на проверку. Слухи о возможном открытии уже давно циркулировали в научном сообществе.

Что увидели ы LIGO?

Увидели сигнал, выглядящий именно так, как предсказывалось для слияния пары черных дыр (см. рис 1). Изображено относительное растяжение интерферометра под действием гравитационной волны. Масштаб по вертикали 10–21, что значит растяжение четырехкилометрового плеча интерферометра на 2,5 x 10–15 см (умеют мерить растяжения до 10–17 см, какой бы фантастикой это ни казалось). На рисунке — растяжения и сжатия двух детекторов (показано разными цветами), находящихся на расстоянии 3000 км. Сначала идет шум, в котором начинают проявляться явные волны, которые идут всё чаще, а потом резко заканчиваются. Каждая волна – пол-оборота системы двух черных дыр. Они быстро сближаются, поэтому между пиками уменьшается. Последняя волна – это уже практически одна , хотя и сильно деформированная.

Как определили массу сливающихся объектов? Грубо говоря, по конечной частоте колебаний (чем больше масса, тем ниже частота – близко к обратно пропорциональной зависимости). Она оказалась весьма низкой – 350 герц. Значит, массы велики – в сумме больше 60 масс Солнца. Из асимметрии пиков можно вытащить индивидуальные массы черных дыр – 36+5-4 и 28 ± 4 масс Солнца, масса конечной дыры 62 ± 4 солнечных. Около трех масс Солнца ушло на гравитационных волн. Столь мощного излучения (1056 эрг/с) никто никогда не регистрировал. Выше я писал «грубо говоря», а если говорить точнее, то все эти параметры были определены подгонкой теоретической кривой, которая получается численным моделированием процесса слияния к реально наблюдаемой.

Как определили расстояние?

Тот же самый теоретический расчет, который дает правильную частоту и форму кривой, дает и амплитуду искажения пространства на месте происшествия. Зная, что амплитуда убывает обратно пропорционально расстоянию, видя конечную амплитуду, зная начальную и размер «излучателя», определяем расстояние. Получается около 400 мегапарсек, правда, с большой ошибкой.

Как определили положение события на небе? Для того, чтобы картинки с двух детекторов совместились, одну из них пришлось сдвинуть на 7 миллисекунд – разница во времени прибытия фронта волны. Так определили угол между направлением на источник и линией, соединяющей детекторы. Но знание этого угла дает лишь кольцо на небе. Дополнительную информацию можно вытащить из разницы амплитуд в дух детекторах. Которые по-разному ориентированы. Гравитационная волна поперечна, поэтому плечо интерферометра направленной поперек волны дает больший сигнал. Таким образом удалось вырезать часть кольца; область, откуда мог прийти сигнал, приняла форму полумесяца площадью около 600 квадратных градусов – что-то найти на такой площади с помощью ов весьма проблематично.

Как, глядя на рис.1, самому прикинуть массу слившихся черных дыр и расстояние до них?

Надо оценить период вращения сливающихся объектов в последний момент. Смотрим на рисунок и видим, что расстояние между последними пиками примерно в десять раз меньше, чем между рисками, то есть где-то 5 миллисекунд. Это полпериода вращения еще сильно деформированной черной дыры. С какой линейной скоростью вращается ее поверхность? Сравнимой со скоростью света, но меньше, примерно треть (предельная керровская дыра) – независимо от размера.

Тогда полуокружность вращения будет примерно 500 км, делим на π, получаем радиус 170 км. Радиус черной дыры солнечной массы – 3 км, значит, масса системы – около 60 солнечных. На самом деле – 62. Поразительная точность, особенно если учесть, что время между пиками мы прикидывали на глазок.

Теперь попробуем оценить расстояние. Это чуть сложней. Амплитуда гравитационной волны (относительная деформация пространства) обратно пропорциональна расстоянию до источника. В источнике деформация огромна, ну не единица, конечно, но 0,1 – вполне реально (расчеты дают именно такой порядок величины). Мы имеем у себя 10–21 (см. единицы по вертикальной оси), значит, мы находимся примерно в 1020 раз дальше от источника, чем его размер – 170 км (см. выше). Получаем 1,7 x 107 см x 1020 = 1,7 x 1027 см = 0,6 гигапарсека (на самом деле 0,4 гигапарсека). Опять замечательное попадание при том, что есть еще неопределенность в ориентации экваториальной плоскости системы относительно луча зрения.

Что еще увидела LIGO?

Еще три подобных события, но меньшей амплитуды и потому менее достоверных. Видимо, о них будет сообщено позже.

Что увидели детекторы «Ферми»?

Команда космического гамма-телескопа «Ферми», естественно, проверила данные за 14 сентября. К сожалению, сам гамма-телескоп в нужный момент смотрел в другую сторону. Но «Ферми» имеет еще и детекторы жесткого рентгена, которые видят бОльшую часть неба. Они предназначены для регистрации гамма-всплесков и называются «монитор гамма-всплесков», сокращенно GBM.

Через 0,4 секунды после гравитационных волн детекторы GBM зарегистрировали секундный всплеск жесткого рентгеновского излучения. Он не вызвал триггера на гамма-всплеск, будучи для этого слишком слабым. Его статистическая значимость – 3 сигма, что соответствует вероятности случайного выброса 0,002. В целом такая значимость считается низкой, но всё зависит от контекста. Если искали непонятно что в произвольном месте и нашли выброс на 3 сигма – это низкая значимость. А если смотрели в заданном месте и нашли именно то, что искали, – это серьезно. К тому же, хоть у GBM плохое угловое разрешение (градусов 20-30 для столь слабого всплеска), направление согласуется с направлением на источник гравитационных волн, что добавляет уверенности. Команда «Ферми» проверила другие возможные источники этого всплеска (солнечные, атмосферные, магнитосферные) и отвергла их. Событие очень похоже на слабый гамма-всплеск короткого класса, которые предположительно тоже испускаются при слиянии, но не черных дыр, а нейтронных звезд. Похоже как продолжительностью, так и спектром.

Энергия всплеска, если он действительно был связан с GB 150914, около 1049 эрг – в несколько сот тысяч раз меньше энергии, излученной в виде гравитационных волн. В принципе, разумное соотношение. Конечно, если черные дыры слились в стерильном пространстве, никакой рентгеновской вспышки бы не было. Но если вокруг обеих или вокруг одной из них болталось какое-то количество вещества, то рентгеновское излучение с небольшой задержкой через формирование ударных волн вполне вероятно. Как именно это могло произойти, сейчас вряд ли кто-нибудь скажет (толком неизвестен даже механизм излучения гамма-всплесков), но наверняка появится большое количество статей на эту тему.

Что нам это дает? 

Регистрация гравитационных волн ничего не даст народному хозяйству – никаких гравицап и новых способов перемещения. Это также ничего не добавляет к триумфу Эйнштейна – все теории гравитации, которые «дружат» со Специальной теорией относительности, предсказывают гравитационные волны. Причем все вменяемые теории после 1913 года говорят, что эти волны должны быть поперечными. Все современные теории гравитации, кроме быть может каких-то совсем маргинальных, описывают происходящее при слиянии двух астрофизических черных дыр одинаковым образом. Во всяком случае, я спросил Валерия Рубакова, который следит за ситуацией, не отвергает ли результат каких-то рабочих версий теории гравитации. Он ответил, что ему ничего такого в голову не приходит. Есть теории, отличающиеся от эйнштейновской на каких-то масштабах (в частности, так называемые теории f ( R ), которыми у нас занимается, например, ), но все отличия проявляются вдалеке от того, что имеет место в данном случае. То есть для фундаментальной и, как ее воспринимают профессиональные физики, результат ничего не дает – все и так были уверены в том, что получилось.

И все-таки значение а огромно, но оно лежит в другой плоскости – во взаимоотношении науки и общества. Обнаружение гравитационных волн лишний раз демонстрирует мощь науки: предсказывали и открыли. Вычисляли сложнейший процесс, проистекающий при огромном искривлении пространства – всё оказалось правильно. Так и утверждается в головах широких масс.

Какие возможности для ии открывают гравитационные волны? 

Регистрация слияния двух черных дыр массой около 30 солнечных – уже вызов для астрофизиков. Дело в том, что такие тяжелые черные дыры в современной Вселенной в обычных галактиках не образуются. Мешает обилие тяжелых элементов, которые уменьшают теплопроводность звезды. Звезда с низкой теплопроводностью, не имея возможности сбросить тепло, сбрасывает свои внешние слои, так что у них есть предел на массу (десятки масс Солнца) и предел на массу черной дыры, которая останется после коллапса такой звезды – 20–25 масс Солнца. Все известные черные дыры в двойных системах имеют массы 10–15 масс Солнца. А тут сразу две по тридцать!

Это говорит о том, что эти черные дыры либо от очень старых звезд, образовавшихся в те времена, когда тяжелые элементы еще не наработались в звездах, либо в одной из маленьких галактик современной Вселенной, задержавшихся в своем развитии, – там тяжелых элементов меньше.

Как образуются пары черных дыр?

Исторически первый сценарий таков: образуется пара тяжелых звезд. Такие пары наблюдаются, их много, понятно, как они образуются. Потом по очереди эти звезды коллапсируют и становятся парой черных дыр. По дороге происходит еще много чего интересного: перетекание вещества с одного объекта на другой, образование общей оболочки, в которой кружатся черная дыра и звезда, теряя угловой момент. Если в результате образуются две черные дыры ближе, чем 0,2 астрономических единицы (радиус земной орбиты), то за время существования Вселенной они успевают потерять энергию за счет излучения гравитационных волн и слиться.

Приятно отметить, что в разработке этого сценария лидирующую роль сыграли наши астрофизики (в алфавитном порядке): Владимир Липунов, Константин Постнов, Михаил Прохоров, Александр Тутуков и Лев Юнгельсон. Но всё равно там остается масса неопределенностей, и оценки темпа слияния черных дыр разбросаны на два порядка величины.

Итак, событие GW 150914 может быть объяснено эволюцией тесной пары массивных звезд, образовавшихся в среде с малым количеством тяжелых элементов. И все-таки пара удивительна: звезды и остающиеся от них черные дыры имеют падающие распределения по массе. Сразу две рекордные черные дыры дают малую вероятность в квадрате. Не получится ли вероятность обнаружения такого события исчезающе малой? Возможно, хотя это весьма сложно оценить. Но есть еще и другой путь.

В плотных звездных скоплениях (скорее всего шаровых) самое тяжелое тело за счет многократных взаимодействий садится в центр скопления. Второе по величине прибудет туда же, но чуть позже. Там они продолжают терять энергию и, в конце концов, образуют гравитационно связанную пару. После чего пара, «толкаясь локтями», наоборот, выкарабкивается из центра и вообще вылетает из скопления. Через какое-то время, которое вполне может укладываться в срок жизни Вселенной, пара сливается. По мнению автора данной заметки, второй механизм куда больше подходит для данного конкретного случая: здесь нет никакой квадратичной малости для тяжелой пары, наоборот, есть механизм, работающий в пользу самых тяжелых черных дыр. С низким содержанием тяжелых элементов в древних шаровых скоплениях тоже всё в порядке.

Итак, единичное событие уже ставит множество вопросов и заставляет теоретиков напрячься. А когда появится приличная статистика? Сразу прояснится множество вопросов, связанных с эволюцией массивных звезд – парных и одиночных, сразу исчезнут неопределенности в два порядка величины и появятся новые вопросы, о которых мы еще не догадываемся. Короче, произойдет очередное прозрение. Особенно когда вступит в строй третий детектор (VIRGO), который позволит хорошо определять направление прихода сигнала и возрастет чувствительность всех трех.

  1. B. P. Abbott et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest
87 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
trackback

[…]  и  Бориса Штерна в «Троицком варианте» <БШтернГравВолны>. Они вызвали большой интерес (на сегодняшний день […]

Алек
Алек
6 года (лет) назад

Как-то не понятно, как две черные дыры могут так лихо слиться. Не помню, чтобы относительность интервалов времени отменили. Ведь из-за замедления времени вблизи горизонта событий сингулярности, ничто не может туда упасть для внешнего наблюдателя. Почему другая сингулярность должна быть исключением? Как я себе представляю этот процесс — две сингулярности сближаются, горизонты событий соприкасаются, начинают объединяться и… на этом процесс для нас и должен остановиться из-за этого эффекта искривления времени. Утрированно это будет похоже на две полуслившиеся капли воды… Скорость любого об’екта для удаленного наблюдателя (т.е для нас) стремится к нулю при приближении к радиусу Шварцшильда. С точки зрения внешнего наблюдателя любое тело падающее в черную дыру пересечет это сферу шварцшильда за бесконечное время. Поэтому свет не только из черной дыры выйти не может, но и внутрь попасть тоже. Так, бедный, и застревает на горизонте событий, и ни туда, ни сюда. Из-за этого эффекта и черные дыры должны для нас сливаться бесконечное время, я не вижу повода для исключения. Просто странно, почему в моделировании столкновения сингулярностей не учтён эффект релятивистского искривления времени. Да, если про него ‘забыть’, то модель правдоподобная. Так что, закрываем глаза?

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Так и это ж и видим. В частности из-за этого, при приближении неоднородностей сливающейся двойной системы к радиусу Швацшильда, мощность гравитационной волны быстро падает.

Хвостик куцый, всего четыре периода с уменьшением частоты. Стало быть в результате получился тоже кандидат в чёрные дыры с радиусом близким к радиусу Шарцшильда.

Например, в моделях гравитационных волн для слияния нейтронных звёзд (белых карликов) NS+NS -> NS хвосты (ringdown), ого-го, какие длинные.

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Вы анимацию слияния видели? Две чёрные дыры, не обращая никакого внимания на относительность интервалов времени, за мгновение слились одну большую дыру… Лучше бы они чёрные дыры вообще не трогали, было бы более правдоподобно:-)

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Анимации в отчётах LIGO и в данной статье отсутствует, поэтому не уверен, что видел. Вы про какую анимацию говорите?

Однако замечу, что да, строго говоря, увидеть окончания процесса слияния невозможно, для нас он никогда не завершиться. Но гравитационное красное смещение достигает существенных значений только достаточно близко радиусу Шварцшильда. В 10 раз — на 1.1*Rs.

Поэтому и в видимом свете, на анимации видимый нами процесс слияния, как вращения, так и уменьшения однородностей остановится, когда картинка слившихся чёрных дыр будет отличаться от окружности в районе 5-10%.

Так что эту вашу анимацию надо смотреть, возможно, на ней таки в конце концов овал остаётся, почти круглый, но овал?

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Эмуляция слияния (видео)http://youtu.be/Empyg29Kkyg.
Что скажите?

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Да, нормально. Картинка гравитационных волн в системе координат внешнего наблюдателя отторжения не вызывает.

В интервалах до 00:03 и после 00:24 можно даже на пальцах проверить. На 00:29 видны небольшие отличия 5-10% от правильной формы, а так как это соответствует гравитационному красному смещению z > 10, а то и все 20, то всё замирает.

Серединка — непроверяема, но людям надо верить, наверное она соответствует графикам в статьях.

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Я так понял, замедление событий на радиусе Шварцшильда мы тоже «тупо проигнорим», как и именитые американские учёные. Если честно, то я ожидал от Вас хоть некоторой критики по отношению к этой анимации «слияния чёрных дыр», сделанной на уровне 10-го класса, но нет. Грустно. Самое интересное, что на каких бы астрофорумах я не задавл вопрос — как чёрные дыры могут так слиться, большинство отвечало — да, ТО это запрещает, но, раз американцы говорят — «можно», значит можно. Короче и здесь ничего оригинального я не встретил:-)

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Тот кто говорил Вам, что «да, ТО это запрещает», либо врали, либо не сами не очень разбираются. И которые не понимают как должно выглядеть замедление событий в районе радиуса Шварцшильда.

Слияние чёрных дыр в любой системе координат должно сравнительно быстро приходить к сравнительно симметричной и сравнительно статичной картинке, которую без AutoCADа или Photoshop-а от сферы отличить невозможно.

В системе координат внешнего наблюдателя сценарий следующий:
1. Отличие сферы +/- 15% — замедление времени 4;
2. Отличие сферы +/- 5% — замедление времени 11;
3. Отличие сферы +/- 2.5% — замедление времени 21;

Всё быстро, и только глаз алмаз может что-то увидеть.

В системе координат, центра масс сингулярности в районе центров чёрных дыр осцилируют тоже со сравнительно быстро сокращающимся радиусом.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

P.S. Ан нет. :( Похоже я гражданин соврамши.

Ещё пару раз пересмотрел серединку, сомнения меня обуяли, что это система координат внешнего наблюдателя. По-моему, во внешней системе координат угловая скорость «вращения» гравитационных волн должна отставать от внутренностей.

Поэтому, скорее всего, это хитрая проекция из системы координат, забыл и не знал как она называется, в которой нет координатной особенности в виде сферы Шварцшильда, в которой они всё и считали.

Так что где наблюдатель угадать сложно, быть может, он находится в центре масс, т.е. в конце уже показан вид из новообразованной чёрной дыры.

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Да ну е-мое, если мы регистрируемых гр.волны на Земле, то и система отсчёта, понятно, внешняя, какие могут быть сомнения?

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Но во внешней системе координат слияние рассчитать невозможно, мешает координатная особенность на r = 2M. Со времён Эдингтона, уже лет 60-80, как считают в других координатах. Да в них и понятнее, что происходит на самом деле.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

P.S. Вот модель — точно в системе координат внешнего наблюдателя:
http://video.mail.ru/list/agat103/406/12025.html

Вот отличия от сферы в конце:
https://yadi.sk/i/d1iVinrVpRqjv

На мой взгляд, вполне правдоподобно.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Извините, вечно у них норовят на следующий ролик уйти.

http://ok.ru/video/30849108612

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Конечно не правдоподобно, за горизонт событий для внешнего наблюдателя из-за относительности интервалов времени ничто не может попасть, в том числе другая сингулярность, во всех же представленных роликах это происходит.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Извините, слишком большая вложенность. Последний раз указываю на ошибку.

для внешнего наблюдателя из-за относительности интервалов времени ничто не может попасть, в том числе другая сингулярность, во всех же представленных роликах это происходит.
———-

Внешний наблюдатель не видит этого попадания, как в прочем и самой сингулярности.

Поясню на другом примере. Возьмём черную дыру радиусом 1м и длинный железный багор длинной 3м запустим в эту дыру. Что увидит наблюдатель?

Очевидно, что наблюдатель увидит, что очень очень быстро весь лом поместится между Rs и Rs+1%. Так? Так! (Если кажется, что не так, то запускайте этот лом по одной точке, до полного просветления)

Таким образом, если лом, который больше той дыры в три раза, через короткое время стал искажать внешний вид той дыры меньше, чем на 1%, то почему же Вы думает что другая чёрная дыра того же размера будет искажать внешний вид на больший процент?

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

P.S. Ну или с другой точки зрения

в том числе другая сингулярность, во всех же представленных роликах это происходит.
————

Вы так пишете, будто с точки зрения внешнего наблюдателя сингулярность материально существует, просто он её видеть не может. Но это не совсем так, если внешний наблюдатель вспомнит свои наблюдения о колапсе этих чёрных дыр, то окажется, что для него вся их масса находится в некоторой окресности сфер Шварцшильда этих дыр (по сути он не знает, может же даже, что кто-то решит вернуться в самый последний момент). Таким образом, неудивительно, что эти две эти сферы могут слиться, грубо говоря, в эргосферу новой вращающейся чёрной дыры..

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Горизонт событий — согласен, не есть материальным, но сингулярность, в которой сконцентрирована огромная масса — не материальный об’ект? Ну извините, тогда тут и говорить не о чем….

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Алек, в настоящем для внешнего наблюдателя нет там, ни массы, ни концентрации. Мало того никогда и не будет. Для внешнего наблюдателя, всё содержимое ЧД находится в окресностях Rs, другое дело, что в простых случаях, эта неоднородность практически не обнаружима (кто-то доказывал экпоненциальную сходимость или типа того).

И любая часть той массы, которая образует реальную, а не абстрактную (изначальную) чёрную дыру, таки может её покинуть при определённых условиях. :)

Представьте себе флешмоб зелёных человечков на летающих тарелках, которые сначала полетели в одну точку, и внешнему наблюдателю стало казаться вот она! Черная дыра! Но потом эти зелёные гады развернулись и разлетелись и нет той ЧД. :)

LadyBird
LadyBird
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Так и это ж и видим. В частности из-за этого, при приближении неоднородностей сливающейся двойной системы к радиусу Швацшильда, мощность гравитационной волны быстро падает.
———————————
а при чем здесь это?
при чем тут радиус?

излучение ГВ после слияния прекратилось по следующим причинам :

1)дефект масс перешел в ГВ — все, нету больше источника энергии (дефекта)
2)итоговая дыра стала сферически-симметричной (нет уже квадрупольной моды необходимой для излучения ГВ)

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  LadyBird

Видите ли, на моделях слияния нейтронных звёзд, тоже типа жидкости. Для окончательного слияния требуется не один десяток оборотов. Это раз.

Во-вторых, как верно было замечено из-за гравитационного красного смещения видимое наблюдателю частота вращения, как и скорость уменьшения неоднородностей должны уменьшаться до 0.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  LadyBird

P.S. А для наблюдатель, который держится вблизи от результата слияния ещё долго может наблюдать ГВ :)

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

P.S. Тьфу-тьфу, надеюсь, что это не тестовая модель, а реальное слияние двух кадитаов в чёрные дыры, и за него таки дадут Нобелевскую премию 21NN года за открыте чёрных дыр методами гравитационно-волновой астрономии :)

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

P.P.S. Ну или за закрытие, если в кривулинах есть нечто что позволит обосновать нечто новое. Это было бы вообще — фантастика :)

Владимир Петров
Владимир Петров
2 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Очень правильное замечание. Тем более никто ещё не получал решения ур-ний Гильберта-Эйнштейна с «двухцентровым» тензрорм энергии-импульса. Что уж говорить об их слиянии.

Serge3leo
Serge3leo
2 года (лет) назад
В ответ на:  Владимир Петров

Как бы решение задачи двух тел (в спиральной фазе) даже есть в учебнике Ландау-Лившица

Что до слияния, то пока только численно решают, а можете и сами: http://einsteintoolkit.org

Vladimir Petrov
Vladimir Petrov
2 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Ну разве «как бы».Только это совсем не то. Точного решения (типа Шварцшильда) поля от двух тяготеющих тел, из которых ни одно уже не является пробным, к сожалению, пока нет. А именно оно-то и требуется. А численно, оно, конечно, да…

Serge3leo
Serge3leo
2 года (лет) назад
В ответ на:  Vladimir Petrov

Вот не надо грязи! У пробного тела нет излучения гравволн и нет изменения полуоси орбиты!

Пост ньютоновский формализм, конечно ж, не является «точным» решением поля от двух тяготеющих тел, но, грубо говоря, это ж первые члены разложения в ряд. Так что и до ЭВМ, суперкопьютеров и прочих видеокарт получали неплохие решения

Владимир Петров
Владимир Петров
2 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Ну, вот сразу и «грязь»…эмоциональненько так…
В постньютоновском — там какая разница — чёрные это дыры или ещё что.

LadyBird
LadyBird
6 года (лет) назад

Хвостик куцый, всего четыре периода с уменьшением частоты. Стало быть в результате получился тоже кандидат в чёрные дыры с радиусом близким к радиусу Шарцшильда.
———————-
хвост — это остатки несимметричности фигуры в процессе слияния,
как только ЧД стала сферически — симметричной — хвост отвалился

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  LadyBird

Извините, возможно неточно выразился. Под хвостом, я имел ввиду сигнал в интервале 0.43-0.45.

Кроме того, строго говоря, ни мы, ни любой иной внешний наблюдатель, никогда не дождётся того момента, когда ЧД станет сферически симметричной.

LadyBird
LadyBird
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Извините, возможно неточно выразился. Под хвостом, я имел ввиду сигнал в интервале 0.43-0.45.
—————————————————————
вы имели ввиду затухающий сигнал как я понял,
кстати детектор на высоких частотах малочувствителен, так что затухающий хвост —
это еще может быть следствие очень высокой частоты вращения пары перед слиянием и детектор не осилил такую высокую частоту

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  LadyBird

«это еще может быть следствие очень высокой частоты вращения пары перед слиянием и детектор не осилил такую высокую частоту»

Это ж вряд ли. На пальцах посчитать это несложно, но муторно. Однако, в статье LIGO есть картинка: http://journals.aps.org/prl/article/10.1103/PhysRevLett.116.061102/figures/2/medium

На которой есть график расстояния между телами, но заканчивается на 1.1*Rs. Они не врут, думаю не один я проверял.

Так что частота не могла дальше расти. Всё, что бы там ни сливалось, потенциальные чёрные дыры, или иные гипотетические объекты, а частоте расти уже всё равно некуда было.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  LadyBird

P.S. Да и АЧХ детектора LIGO совсем не так быстро спадает в диапазоне 500-1500 Гц не более трёх раз.

http://journals.aps.org/prl/article/10.1103/PhysRevLett.116.061102/figures/3/medium

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад

На пальцах. Почему в результате слияния образовался такой кандидат в чёрные дыры, каких ранее никто не видывал.

Грубо говоря, в локальной системе координат поверхности сливающихся тел скорость вращения примерно постоянна.

Однако, в системе координат наблюдателя по мере слияния частота вращения и, как следствие, частота гравитационных волн вызванных асимметрией результата слияния должна уменьшаться. В первом приближении:

f/f0 = 1 — Rs/R

Rs — радиус Шварцшильда, R — средний радиус неоднородность поверхности результата слияния, f0 — начальная частота, f — наблюдаемая частота.

Таким образом, если полупериод сразу после слияния был 2 мс, а предпоследний полупериод — 5 мс, то средний радиус в этот полупериод был 1.6*Rs. Средний радиус во время последнего видимого 1.2*Rs, при его длительности — 12 мс.

Таким образом, можно заключить, что LIGO сигнал от результата слияния GW150914 ушёл под шумы на радиусе превышающим радиус Шварцшильда на 3-5%. Если ЭТО не чёрная дыра — тот я вас умоляю. Так ясно чёрных дыр, никто ещё не видел.

Картиночка: https://yadi.sk/i/bKZ7Ki9_pQcJT

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

P.S. Опечатка: «на радиусе превышающим радиус Шварцшильда на 13-15%», но всё равно, так близко мы ещё не заглядывали.

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

P.P.S. И всё таки я совсем двоечник. Что такое красное смещение совсем забыл.

На пальцах. Почему в результате слияния образовался такой кандидат в чёрные дыры, каких ранее никто не видывал.

Грубо говоря, в локальной системе координат поверхности сливающихся тел скорость вращения примерно постоянна.

Однако, в системе координат наблюдателя по мере слияния частота вращения и, как следствие, частота гравитационных волн вызванных асимметрией результата слияния должна уменьшаться. В первом приближении:

(l-l0)/l0 = 1/sqrt(1 — Rs/R) — 1

Rs — радиус Шварцшильда, R — средний радиус неоднородность поверхности результата слияния, l0 — начальная длина волны (период), f — наблюдаемая длина волны (период).

Таким образом, если полупериод сразу после слияния был 2 мс, а предпоследний полупериод — 5 мс, то средний радиус в этот полупериод был 1.2*Rs. Средний радиус во время последнего видимого полупериода 1.03*Rs, при его длительности — 12 мс.

Таким образом, можно заключить, что LIGO сигнал от результата слияния GW150914 ушёл под шумы на радиусе превышающим радиус Шварцшильда на 3-5%. Если ЭТО не чёрная дыра — тот я вас умоляю. Так ясно чёрных дыр, никто ещё не видел.

Картиночка: yadi.sk/i/bKZ7Ki9_pQcJT

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад

W150914 — как это было, на пальцах, в представлении двоечника.

Возьмём, что б не запутаться окончательно, две не вращающиеся чёрные дыры одинаковой массы, двух наблюдателей и вагон иголок. Что б не заморачиваться. ни с сингулярностями, ни с координатными особенностями, обильно посыпем иголками обе чёрные дыры. Одного наблюдателя поставим в центр масс системы двух чёрных дыр, второго сбоку — будет внешним наблюдателем.

Точка зрения внешнего наблюдателя:
1. Две сферы иголок двигаются по сужающейся орбите вокруг товарища в центре масс. Сближаются, ускоряются, все дела. Точнее не совсем сферы, мы же не могли одновременно и равномерно высыпать иголки, но по прошествии некоторого времени внешний наблюдатель видит, что все иголки расположились в близких окрестностях сфер Шварцшильда этих чёрных дыр;
2. По мере приближения сфер к центральному товарищу, их изображения искривляются, так же изображение товарища искривляется и размазывается по этой странной поверхности;
3. В конце концов, иголки двигаются в некоторой окрестности горизонта событий новой вращающейся чёрной дыры постепенно к нему приближаясь. А изображение центрального товарища равномерно размазано по тем же окрестностям.

Точка зрения наблюдателя в центре масс:
1. Две полусферы иголок с ускорением приближаются к нему по некоторой спирали. По-моему, постепенно выворачиваясь таким образом, что ему становятся видны все иголки;
2. Однако, в него не попадает ни одна иголка;
3. Вместо этого он наблюдает, что видимые ему иголки приближаются к некоторой окружности вокруг него одновременно с ускорением углового вращения.

Алек
Алек
6 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Порылся на других форумах, только на некоторых встретил комменты о невозможности слияния Чдыр. Например, один из них:
«сказка, что сигнал объясняется столкновением черных дыр и ничем иным, мягко говоря, мало похожа на ОТО. Расчеты возможно подошли для центра сталкивающихся масс, но не для удаленных наблюдателей, коими являются интерферометры. Согласно той же ОТО слияния черных дыр в системе отсчета интерферометров не произойдет НИКОГДА. Эффект гравитационного замедления времени должен привести к «замедлению и остановке кадра» соответствующим падением амплитуды и увеличением периода «замораживаемого сигнала» в конечной стадии, чего нет.»

Serge3leo
Serge3leo
6 года (лет) назад
В ответ на:  Алек

Согласно той же ОТО слияния черных дыр в системе отсчета интерферометров не произойдет НИКОГДА. Эффект гравитационного замедления времени должен привести к „замедлению и остановке кадра“ соответствующим падением амплитуды и увеличением периода „замораживаемого сигнала“ в конечной стадии, чего нет.»
——-
Ну как же нет?! Что там товарищ несёт чушь?

1. Есть падение амплитуды, ясно видно её падение на порядок: с 1*10^-21 до 0.1*10^-21;

2. Есть увеличение периода, его не так ясно видно, ввиду падения амплитуды, но до того момента пока амплитуда не ушла под шумы можно заметить, что период сигнала увеличился с 8 мс, сначала до 22 мс, потом до 50 мс. Что примерно соответствует приближению к горизонту на 1.2*Rs (22 мс) и 1.03*Rs (50 мс)

лепехин федор
6 года (лет) назад

экспериментально подтверждено, что при любом сжатии энергия связи выделяется в виде фотонов. Так почему же при сжатии черных дыр она выделяется в виде гравитационных волн,само существование которых еще не доказано. А вот при разбегании галактик, которое возникает за счет отрицательного давления, энергия выделяется в вакуум эйинштейна-глинера. Считаю, что пока об эксперментальном доказательстве гипотезы эйнштейна говоить еще рано.

ричард
ричард
2 года (лет) назад

«С какой линейной скоростью вращается ее поверхность? «—а корректно ли называть горизонт поверхностью?

Serge3leo
Serge3leo
2 года (лет) назад
В ответ на:  ричард

У «классиков» энтропия ЧД пропорциональна площади поверхности горизонта, да и при неравновесных процессах типа слияния поверхность горизонта должна быть весьма асимметрична.

ричард
ричард
2 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

Я о другом. Не все, что имеет размер обладает поверхностью (surface) !

Serge3leo
Serge3leo
2 года (лет) назад
В ответ на:  ричард

Как бы, существует ли физически (или «квантово-математически») поверхность горизонта и в каком виде она существует, это вопрос, конечно, не только интересный, но на нобелевку тянет, а может даже и не на одну.

Но, на мой непросвещённый взгляд, в классической ОТО есть ряд математических теорем наличия у поверхности горизонта ряда свойств: является поверхностью, обладает, поверхностной гравитацией, площадью, зарядом и моментом импульса. Так что как математический объект, она существует.

Serge3leo
Serge3leo
2 года (лет) назад
В ответ на:  Serge3leo

P.S. А в численной относительности, как числовой объект ;)

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: