Наука и космос

Гравитационные волны и нейтронные звезды

Что такое гравитационные волны и почему они имеют значение?11 февраля 2016 года на пресс-конференции в Национальном пресс-клубе в Вашингтоне было официально объявлено о долгожданном открытии гравитационных волн – морщин в пространстве-времени, предсказанных Эйнштейном более века назад.

Авторами открытия стали группа исследователей, объединенных в международную гравитационную обсерваторию LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Гравитационные волны

Проще говоря, гравитационные волны – это рябь в прочной, жесткой ткани пространства-времени, порожденной самыми жестокими событиями, которые может предложить космос –  взрывающимися звездами, столкновениями между сверхплотными нейтронными звездами или сливающимися черными дырами. Гравитационные волны постоянно омывают Землю, но наши инструменты не были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить их до самого недавнего времени.

Кто первым придумал идею гравитационных волн?

В 1916 году Альберт Эйнштейн предположил, что гравитационные волны могут быть естественным результатом его общей теории относительности. Теория говорит, что источником гравитационных волн являются очень массивные объекты, искажающие структуру времени и пространства – эффект, который мы воспринимаем как гравитацию.

Соответственно, очень массивные объекты, вращающиеся навстречу друг другу, должны сморщить пространство-время и послать эти искажения по всему космосу, подобно ряби, распространяющимся по пруду со скоростью света, которая и является величиной скорости гравитационных волн.

По сути, гравитационные волны «распространяют возмущения формы пространства-времени», говорит Шейн Ларсон, астрофизик из Северо-Западного университета и член научного сотрудничества LIGO.

Почему эти волны так трудно обнаружить?

К тому времени, когда гравитационные волны достигают нас от отдаленных событий, которые порождают их, они искажают пространство-время совершенно ничтожным количеством. Искажение во много раз меньше ширины протона, одной из частиц в ядре атома. Измерение таких незначительных изменений длины гравитационной волны практически невозможно для большинства инструментов.

Открытие гравитационных волн

В 1970-х годах ученые, наблюдавшие пару пульсаров, вращающихся вокруг друг друга, впервые косвенно обнаружили гравитационные волны. Используя гигантский радиотелескоп в Аресибо, Пуэрто-Рико, команда измерила орбиты двух пульсаров и определила, что пульсары сближаются.

Чтобы это произошло, должна излучаться энергия, о которой говорила теория гравитационных волн – открытие, благодаря которой Джо Тейлор и Рассел Халс получили Нобелевскую премию по физике 1993 года.

Но только в 2015 году команда LIGO непосредственно обнаружила гравитационные волны, используя пару сверхчувствительных детекторов. Открытие гравитационных волн закончило столетие предположений и подтвердило первоначальный прогноз Эйнштейна.

С того времени мы получили неожиданное представление о космосе. Это потому, что гравитационные волны – это новый способ «увидеть» то, что там происходит: теперь мы можем обнаружить события, которые в противном случае почти не оставили бы видимого света, например столкновения с черными дырами.

Астрономы смогли объединить гравитационные волны с более традиционными способами наблюдения вселенной, помогая разгадывать тайны о плотных, мертвых объектах, известных как нейтронные звезды.

Что такое нейтронные звезды?

Как следует из их названия, нейтронные звезды почти полностью состоят из нейтронов или незаряженных субатомных частиц. Они образуются, когда звезда, намного больше и ярче Солнца, исчерпывает запас термоядерного топлива и взрывается в сильную сверхновую.

Хотя внешние слои звезды врываются в пространство, ее ядро ​​коллапсирует внутрь и образует сферу размером с площадь залива Сан-Франциско и с массой нашего Солнца. Эти звезды, которые вращаются быстро, являются самыми компактными объектами вне черных дыр – размером с кусочек сахара, одна такая звезда может весить миллиард тонн.

Нейтронные звезды мертвы в том смысле, что они больше не смешивают элементы в своих ядрах, поэтому они не сияют как солнце.

Но это не значит, что они стабильны. Магнитное поле нейтронной звезды может быть более чем в четыре миллиарда раз сильнее, чем земное, а ее гравитационное поле может быть в сто миллиардов раз сильнее.

Металлы из нейтронных звезд

Благодаря гравитационным волнам, выступающим в качестве своего рода космического оповещения, астрономы смогли тщательно изучить остатки этих нейтронных звезд и, среди прочего, помочь решить давние споры о происхождении драгоценных металлов, таких как золото и серебро, а также других тяжелых металлов.

Ранее мы думали, что большая часть золота во вселенной была создана Сверхновыми – взрывными смертями гигантских звезд. Теперь, однако, ученые обнаружили, что слияние нейтронных звезд закончилось взрывом. Он изверг облако атомных ядер и породил производство тяжелых металлов на 16 000 земных фунтов. Находка предполагает, что большинство этих металлов фактически выкованы из-за столкновений нейтронных звезд. «Скорее всего, золото в этих часах производится нейтронными звездами, которые столкнулись миллиарды лет назад», – объявил Рейтц, демонстрируя золотые карманные часы своего прадеда.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close