Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 
На сайте
Астрометрия
Астрономические инструменты
Астрономическое образование
Астрофизика
История астрономии
Космонавтика, исследование космоса
Любительская астрономия
Планеты и Солнечная система
Солнце

Гравитационное излучение

ГРАВИТАЦИОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ -излучение гравитац. волн телами (массами), движущимися с переменным ускорением. ОТО - общая теория относительности (релятивистская теория тяготения), созданная А. Эйнштейном в 1916 г., предсказывает существование возмущений гравитац. поля, имеющих характер гравитац. волн, распространяющихся в вакууме со скоростью света. При слабых возмущениях гравитац. поля Г. и. имеет характер поперечных волн с двумя независимыми компонентами, к-рые определяют два состояния поляризации волны. Гравитац. волны переносят энергию и импульс. Воздействуя на тела, они должны вызывать относит. смещение их частей (деформацию тел). На этом явлении основаны попытки обнаружения Г. и. Однако гравитац. волны до сих пор не обнаружены из-за их чрезвычайно малой интенсивности и крайне слабого взаимодействия с веществом. Мощность Г. и., к-рая может быть создана в лабораторных условиях генератором Г. и. даже при значительной его массе, весьма невелика. Напр., согласно расчётам, при собственных колебаниях кварцевого бруса объёмом в неск. м3 с макс. амплитудой, ограниченной пределом прочности кварца, генерируемая мощность Г. и. составит лишь ~10-20 Вт. Существуют две осн. причины низкой эффективности преобразования механич. энергии в энергию Г. и. Первая состоит в малости гравитационной постоянной, к-рая входит как в ур-ния Эйнштейна, так и в закон всемирного тяготения Ньютона. Невелики и достижимые в экспериментах с макроскопич. телами ускорения (т. к. при больших ускорениях тела разрушаются). Если же использовать в качестве источников Г. и. микрообъекты - сгустки электронов или ионов, то выигрыш в величине ускорения компенсируется малостью массы и полная мощность Г. и. опять оказывается весьма незначительной. Вторая существенная причина неэффективности лабораторных излучателей заключается в том, что. в отличие от электрич. зарядов, все гравитац. заряды (массы) имеют один и тот же знак и величина гравитац. массы строго пропорциональна величине инертной массы (этот факт, положенный в основу ОТО, обычно наз. принципом эквивалентности; он многократно проверялся в различных опытах с весьма высокой степенью точности). Поэтому если в нек-рой системе массивных тел, движущихся с переменным ускорением, центр инертных масс этих тел остаётся на месте, то остаётся на месте и центр гравитац. масс. Это означает, что Г. и. одной движущейся с переменным ускорением массы будет в значит. степени компенсироваться излучением другой массы той же системы масс. Такой излучатель (и генерируемое им излучение) наз. квадрупольным. Излучение эл.-магн. волн имеет дипольный характер (поскольку существуют электрич. заряды разных знаков) и может быть интенсивным даже при колебаниях небольших зарядов.

Интенсивность Г. и., как и эл.-магн. излучения, пропорциональна квадрату заряда, т. е. в случае гравитации - квадрату массы ($\mathfrak M^2$), в то время как полный запас энергии ($\mathfrak M c^2$) пропорционален массе в первой степени. Это означает, что с ростом массы при тех же амплитудах ускорений эффективность генерации Г. и. увеличивается. Вычисления показывают, что масса $\mathfrak M = 1\mathfrak M_\odot$ при частотах колебаний, по порядку величины соответствующих движению со скоростью света с на орбите с радиусом r = rg (где rg - гравитационный радиус), за короткий интервал времени может потерять неск. процентов своей полной энергии ($\mathfrak M_\odot c^2$) за счёт Г. и. Этот процесс будет носить характер мощного всплеска Г. и. астрофизики предполагают, что во Вселенной существуют естеств. импульсные генераторы Г. и. высокой мощности. К ним должны относиться взрывы сверхновых звёзд, столкновения нейтронных звёзд, чёрных дыр, несимметричный гравитационный коллапс звёзд. Именно на такие источники и рассчитаны наземные лабораторные гравитац. антенны, работающие или создаваемые более чем в 20 лабораториях разных стран. Обнаружение на Земле всплесков Г. и. от этих источников означало бы одновременно и появление качественно нового канала астрофизич. информации. В одной галактике можно ожидать одну астрофизич. катастрофу такого типа раз в 20-30 лет (с такой частотой в среднем происходят взрывы сверхновых в одной галактике). Поэтому, чтобы рассчитывать на регистрацию одного всплеска Г. и. в месяц, необходимо иметь достаточно чувствительные наземные гравитац. антенны, способные обнаружить всплеск в любой из галактик, находящихся на расстоянии до 3 Мпк (в сфере с таким радиусом находится ок. 300 галактик).

Гравитац. антенной может быть любая пара масс - пробных тел (или протяжённое тело) и чувствительное устройство, регистрирующее малые относит. смещения масс или вызывающие их силы. Всплеск Г. и., распространяющийся со скоростью света, несёт изменение св-в (кривизны) пространства, воздействующее на пробные тела. Амплитуда возмущений гравитац. поля, вызванных Г. и., убывает обратно пропорционально расстоянию от источника (излучателя). При расстоянии l между двумя свободными пробными телами вариации этого расстояния, вызванные всплеском Г. и. с амплитудой h, равны Dl » lh. Оптимистич. оценка для величины h в Солнечной системе в случае взрыва сверхновой на расстоянии 3 Мпк лежит в пределах (3-1).10-19 (при длительности всплеска ~10-4- 10-3 с). Более реалистич. оценка для того же случая: h~10-21 (выбор оценки зависит от неизвестной степени асимметрии взрыва сверхновой).

Наиболее перспективными считают два типа наземных гравитац. антенн. В первом типе вместо относит. смещений двух пробных масс фиксируют низкочастотные механич. колебания массивного цилиндра длиной »1-3 м, вызванные Г. и.

Во втором типе используются две свободные массы, разнесённые на расстояние ~103-104 м, и лазерный интерферометр для регистрации малых изменений этого расстояния (Dl) под действием Г. и.

При ориентации на оптимистич. прогноз чувствительность датчиков для первого типа антенн должна быть не хуже Dl » (2-3).10-17 см, а для второго типа - не хуже Dl » (2-3).10-14 см.

Тепловые колебания антенн создают помехи приёму Г. и. Для снижения уровня помех темп-ру антенн первого типа понижают до Т < 2К, увеличивают массу антенны (до неск. тонн), а также её механич. добротность (уменьшают затухание колебаний). Можно ожидать, что в ближайшие годы несколько антенн разных типов будут синхронно (в режиме совпадений) регистрировать возможные редкие всплески Г. и. с h ~ 1 .10-19.

Следует отметить, что недавно было получено косвенное подтверждение существования Г. и. Долголетние наблюдения за двойной звездой, один компонент к-рой - пульсар PSR 1913+16, а другой, по-видимому, также нейтронная звезда, показали, что период обращения компонентов вокруг общего центра массы монотонно сокращается. Это сокращение периода означает сближение компонентов, к-рое, возможно, вызвано потерей энергии на Г. и. Численные оценки изменения периода, вызванного Г. и., удовлетворительно согласуются с известными данными о вращении этой тесной пары нейтронных звёзд.

Лит.: Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж., Гравитация, т. 1-3, пер. с англ., М., 1977; Брагинский В. Б.„ Манукин А. Б., Измерение малых сил в физических экспериментах, М., 1974; Вайсберг Дж., Тейлор Дж., Фаулер Л., Гравитационные волны от пульсара в двойной системе, пер. с англ., "УФН", 1982, т. 137, в. 4, с. 707.

(В.Б. Брагинский)


Глоссарий Astronet.ru


А | Б | В | Г | Д | З | И | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Э | Я 
Публикации с ключевыми словами: гравитационное излучение
Публикации со словами: гравитационное излучение
Карта смысловых связей для термина ГРАВИТАЦИОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
См. также:

Мнения читателей [3]
Оценка: 2.4 [голосов: 74]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования