Gravitačná vlna

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Simulácia kolízie dvoch čiernych dier. Okrem vytvárania hlbokých gravitačných studní a spojenia sa do jednej väčšej čiernej diery, sa gravitačné vlny šíria smerom von, keď sa čierne diery otáčajú okolo seba.

Gravitačná vlna je porucha v zakrivení (tkaniny) časopriestoru, generovaná zrýchlenými hmotami, ktoré sa šíria ako vlny smerom od ich zdroja pri rýchlosti svetla. Navrhol ich Henri Poincaré v roku 1905[1] a následne ich predpovedal v roku 1916[2][3] Albert Einstein na základe jeho všeobecnej teórie relativity.[4][5] Gravitačné vlny prenášajú energiu ako gravitačné žiarenie, formu žiarivej energie podobnú elektromagnetickému žiareniu.[6] Newtonov gravitačný zákon, ktorý je súčasťou klasickej mechaniky, neumožňuje ich existenciu, pretože tento zákon je založený na predpoklade, že fyzické interakcie sa šíria okamžite (s nekonečnou rýchlosťou) – demonštruje to jeden zo spôsobov, ako metódy klasickej fyziky nedokážu vysvetliť javy spojené s relativitou.

Gravitačná astronómia je nový odbor pozorovateľskej astronómie, ktorá využíva gravitačné vlny na zhromažďovanie pozorovacích údajov o zdrojoch detegovateľných gravitačných vĺn, ako sú dvojhviezdy zložené z bielych trpaslíkov, neutrónových hviezd a čiernych dier; a udalostí, ako sú supernovy, a formovanie raného vesmíru krátko po Veľkom tresku.

Výskum[upraviť | upraviť zdroj]

V roku 1993, Russell Alan Hulse a Joseph Hooton Taylor získali Nobelovu cena za fyziku pre objav a pozorovanie pulzaru PSR 1913+16, ktorý ponúkol prvý nepriamy dôkaz existencie gravitačných vĺn.[7]

V roku 2017 získali Nobelovu cenu za fyziku Rainer Weiss, Kip Thorne a Barry Barish preto, že priamo detegovali gravitačné vlny.[8][9][10]

Podľa teórie z apríla 2019 existuje efekt „gravitačno-vlnovej pamäte“ prostredia – gravitačné vlny zanechajú po prechode slabú stopu, ktorá pretrváva dlhšie a dá sa detegovať.[11]

Detektory[upraviť | upraviť zdroj]

Prvé technológie na detekciu fungovali na princípe rezonancie masy, ktorá bola izolovaná od externých vibrácií. Išlo o veľké kovové valce napr. Weberov valec (1968), ALLEGRO (1991), alebo novšie guľové detektory Mario Schenberg (2003) a MiniGrail (2003).

V 90. rokoch 20. storočia začali vznikať pozemné interferometre. Tie fungujú na princípe odrazu laseru na veľkej vzdialenosti, kde sa deteguje časové oneskorenie laseru. Najznámejšie sú LIGO a VIRGO v USA a GEO 600 v Nemecku. Od roku 2020 funguje aj KAGRA v Japonsku.

European Pulsar Timing Array (EPTA) North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) a Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) využívajú na detekciu gravitačných vĺn pulzary. Ide o predvídateľnosť časov príchodu impulzov z milisekundových pulzarov (MSP) a používa ich ako systém galaktických hodín. Rušenie prechádzajúcou gravitačnou vlnou bude mať konkrétny podpis v súbore pulzarov, a bude teda detegované.

Ďalšie detektory gravitačných vĺn sú plánované alebo vo výstavbe.[12]

Pozorovania[upraviť | upraviť zdroj]

11. februára 2016, vedecké tímy LIGO a Virgo spoločne oznámili, že uskutočnili prvé pozorovanie gravitačných vĺn. Pozorovanie sa uskutočnilo 5 mesiacov predtým, 14. septembra 2015 pomocou detektorov LIGO. Zdrojom gravitačných vĺn bola kolízia binárnej čiernej diery GW150914 s celkovou hmotnosťou cca 62 M☉.[13][14][15] Po tomto oznámení LIGO zaznamenal dve ďalšie udalosti.[16][17] V auguste 2017, LIGO a Virgo pozorovali štvrtú gravitačnú vlnu zo zlúčenia čiernych dier[18] a piatu gravitačnú vlnu z binárnej neutrónovej hviezdy.[19] V roku 2020 detegovali LIGO a Virgo signál zo spojenia binárnej čiernej diery GW190521 s celkovou hmotnosťou cca 150 M☉. Zatiaľ najhmotnejší detegovaný zdroj.[20][21]

5. januára 2020 bolo uskutočnené pozorovanie GW200105. Išlo o spojenie čiernej diery s hmotnosťou 9 M☉ a neutrónovej hviezdy s hmotnosťou 1,9 M☉. K zlúčeniu došlo asi 900 miliónov svetelných rokov od Zeme. Pozorovanie GW200115 zachytili 15. januára 2020. Išlo o spojenie čiernej diery s hmotnosťou 6 M☉ a neutrónovej hviezdy s hmotnosťou 1,5 M☉. K zlúčeniu došlo asi 1 miliardu svetelných rokov od Zeme.[22]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. Membres de l'Académie des sciences depuis sa création  : Henri Poincaré
  2. Einstein, A. Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin, June 1916, s. 688 – 696. Dostupné online.
  3. Einstein, A. Über Gravitationswellen. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin, 1918, s. 154 – 167. Dostupné online.
  4. FINLEY, Dave. Einstein's gravity theory passes toughest test yet: Bizarre binary star system pushes study of relativity to new limits [online]. Phys.Org. Dostupné online.
  5. The Detection of Gravitational Waves using LIGO, B. Barish
  6. EINSTEIN, Albert; ROSEN, Nathan. On gravitational waves. Journal of the Franklin Institute, January 1937, s. 43 – 54. Dostupné online [cit. 2016-05-13]. DOI10.1016/S0016-0032(37)90583-0.
  7. Nobel Prize Award (1993) Press Release The Royal Swedish Academy of Sciences.
  8. Einstein's waves win Nobel Prize. BBC News, 3 October 2017. Dostupné online [cit. 2017-10-03].
  9. KAISER, David. Learning from Gravitational Waves. The New York Times, 3 October 2017. Dostupné online [cit. 2017-10-03].
  10. OVERBYE, Dennis. 2017 Nobel Prize in Physics Awarded to LIGO Black Hole Researchers. The New York Times, 3 October 2017. Dostupné online [cit. 2017-10-03].
  11. Phys. Rev. D 99, 084044 (2019) – Persistent gravitational wave observables: General framework [online]. journals.aps.org, 2019-04-25, [cit. 2019-05-13]. Dostupné online.
  12. The Newest Search for Gravitational Waves has Begun [online]. LIGO, 18 September 2015, [cit. 2015-11-29]. Dostupné online.
  13. CASTELVECCHI, Davide; WITZE, Witze. Einstein's gravitational waves found at last. Nature News, 11 February 2016. Dostupné online [cit. 2016-02-11]. DOI10.1038/nature.2016.19361  .
  14. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters, 2016, s. 061102. DOI10.1103/PhysRevLett.116.061102. PMID 26918975.
  15. Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction | NSF – National Science Foundation [online]. . Dostupné online.
  16. LIGO SCIENTIFIC COLLABORATION AND VIRGO COLLABORATION. GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence. Physical Review Letters, 2016, s. 241103. DOI10.1103/PhysRevLett.116.241103. PMID 27367379.
  17. GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2. Physical Review Letters, 2017, s. 221101. DOI10.1103/physrevlett.118.221101. PMID 28621973. (po anglicky)
  18. European detector spots its first gravitational wave [online]. 27 September 2017, [cit. 2017-09-27]. Dostupné online.
  19. GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. Physical Review Letters, 16 October 2017, s. 161101. DOI10.1103/PhysRevLett.119.161101. PMID 29099225.
  20. Phys. Rev. Lett. 125, 101102 (2020) - GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of $150\text{ }\text{ }{M}_{\ensuremath{\bigodot}}$ [online]. journals.aps.org, 2020-09-02, [cit. 2020-09-26]. Dostupné online.
  21. ABBOTT, R.. Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521 [online]. iopscience.iop.org, 2020 September 2, [cit. 2020-09-26]. Dostupné online.
  22. R. Abbott et al. Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences. The Astrophysical Journal Letters, 2021; 915 (1): L5 DOI: 10.3847/2041-8213/ac082e. Dostupné online.

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článkov Gravitational wave na anglickej Wikipédii a Gravitational-wave observatory na anglickej Wikipédii.