Fale grawitacyjne i kilka nurtujących pytań

slvmtz · 19 Lutego 2016

Witam,
ostatnimi czasy byliśmy świadkami potwierdzenia przez naukowców, że projekty Virgo i LIGO zarejestrowały deformację zwaną "falą grawitacyjną", której źródłem miały być dwie masywne czarne dziury, które się ze sobą "połączyły" w jedną. Wydarzenie to miało miejsce w odległości około 1,3 mld lat świetlnych od nas. Na jego "odczucie" musieliśmy poczekać tyle samo lat, co widnieje w odległości i w związku z tym w mojej głowie narodziły się pytania.

Skoro czas jest pojęciem względnym, gdzie w zależności od "środowiska" zachowuje się inaczej np. przy masywnym obiekcie upływa szybciej niż w przypadku obiektów mniej masywnych to, czy taka fala grawitacyjna mogłaby jakoś wpłynąć na jego upływ podczas, gdybyśmy znajdowali się np. kilkanaście tysięcy lat świetlnych od jej źródła? Pytam dlatego, bo wiem że fala grawitacyjna to pewnego rodzaju anomalia, która zakłóciłaby prawidłowy stan rzeczy i po swojemu wpłynęłaby na otoczenie.

Ponieważ rozumiem, że w pobliżu tych dwóch Czarnych Dziur podczas łączenia się w jedną; fala grawitacyjna w pierwotnym okresie rozprzestrzeniania się była silniejsza niż ta, którą ledwo udało się odkryć na Ziemi. W związku z tym mam również pytanie... czy obiekty leżące w pobliżu zderzenia się ze sobą tych Czarnych Dziur w wyniku mocnego zakłócenia grawitacji mogły rozpaść się / przestać istnieć?

Edytowane 19 Lutego 2016 przez slvmtz

Behlur_Olderys · 20 Lutego 2016

Witam,

ostatnimi czasy byliśmy świadkami potwierdzenia przez naukowców, że projekty Virgo i LIGO zarejestrowały deformację zwaną "falą grawitacyjną", której źródłem miały być dwie masywne czarne dziury, które się ze sobą "połączyły" w jedną. Wydarzenie to miało miejsce w odległości około 1,3 mld lat świetlnych od nas. Na jego "odczucie" musieliśmy poczekać tyle samo lat, co widnieje w odległości i w związku z tym w mojej głowie narodziły się pytania.

Skoro czas jest pojęciem względnym, gdzie w zależności od "środowiska" zachowuje się inaczej np. przy masywnym obiekcie upływa szybciej niż w przypadku obiektów mniej masywnych to, czy taka fala grawitacyjna mogłaby jakoś wpłynąć na jego upływ podczas, gdybyśmy znajdowali się np. kilkanaście tysięcy lat świetlnych od jej źródła? Pytam dlatego, bo wiem że fala grawitacyjna to pewnego rodzaju anomalia, która zakłóciłaby prawidłowy stan rzeczy i po swojemu wpłynęłaby na otoczenie.

Ponieważ rozumiem, że w pobliżu tych dwóch Czarnych Dziur podczas łączenia się w jedną; fala grawitacyjna w pierwotnym okresie rozprzestrzeniania się była silniejsza niż ta, którą ledwo udało się odkryć na Ziemi. W związku z tym mam również pytanie... czy obiekty leżące w pobliżu zderzenia się ze sobą tych Czarnych Dziur w wyniku mocnego zakłócenia grawitacji mogły rozpaść się / przestać istnieć?

Pierwsze pytanie jest dość nieprecyzyjne. Skoro wiesz, że upływ czasu zgodnie z OTW nie jest absolutny, ale zależy np. od grawitacji czy prędkości, to oczywistym jest, właściwie sam o tym mówisz, że oddziaływanie grawitacyjne każdego ciała, nie tylko łączących się czarnych dziur W JAKIMŚ stopniu wpłynie na upływ czasu w pobliżu. A w jakim stopniu? Trzeba by policzyć, ale to całkiem skomplikowane.

Drugie pytanie:

Nie ma czegoś takiego, jak "przestać istnieć" Ale to tak na boku:)

Owszem, wydaje mi się, że tak samo, jak siły pływowe "podgrzewają" księżyc Io, bo jest zbyt blisko Jowisza, tak samo grawitacja czy też fale grawitacyjne mogą bez problemu doprowadzić do katastrofy planetarnej w pobliżu. Z tym, że jest to całkowita teoria i spekulacja, bo raczej nie ma planet w pobliżu czarnych dziur, szczególnie tak masywnych i krążących wokół siebie. Ale gdyby były, to by zostały zniszczone. I dlatego ich tam nie ma Ale nie potrzeba do tego fal.

Osobiście jednak wątpię, żeby sama fala mogła gdzieś dotrzeć i znienacka zniszczyć niczego nie spodziewającą się gwiazdę czy planetę. Fale te szybko tracą moc (wraz z kwadratem odległości), więc raczej nie są destrukcyjne w tak dużych odległościach.

Rozróżnianie "siła grawitacji", "siły pływowe", "fale grawitacyjne" jest dość arbitralne chyba - tak czy inaczej mówimy o zakrzywieniu czasoprzestrzeni, w ogólności zależnym od czasu.

ekolog · 20 Lutego 2016

Moim zdaniem astronauci w rakiecie, która przeleciałby blisko tych dwóch dziur (tuż przed zderzeniem) mogliby jednak przeżyć tę wycieczkę.

Pozdrawiam

Rybi · 20 Lutego 2016

slvmtz, on 19 Lut 2016 - 23:43, said:
...czy taka fala grawitacyjna mogłaby jakoś wpłynąć na jego upływ podczas, gdybyśmy znajdowali się np. kilkanaście tysięcy lat świetlnych od jej źródła? Pytam dlatego, bo wiem że fala grawitacyjna to pewnego rodzaju anomalia, która zakłóciłaby prawidłowy stan rzeczy i po swojemu wpłynęłaby na otoczenie.

Co by było gdyby teleskop grawitacyjny LIGO umieścić na planecie znajdującej się w odległości kilkunastu tysięcy lat świetlnych od głośnego ostatnio zjawiska połączenia się dwóch czarnych dziur (nr zjawiska LIGO: GW150914).

W prezentacji Kostas Glampedakis pt."Gravitational Waves Theory-Sources-Detection" na stronie 18 znalazłem następujący wzór na szacowanie amplitudy fali grawitacyjnej "h" w odległości "r" od jej źródła.

Dla oszacowania amplitudy "drgnięcia czasoprzestrzeni" h spowodowanej połączeniem się dwóch czarnych dziur GW150914 przyjąłem następujące parametry:

-) energia, która zamieniła sie w falę grawitacyjną
Egw=3Mo,
-) częstotliwość przy której wydzieliło się najwięcej energii grawit.
fgw=0.25kHz,
-) czas trwania zjawiska
"tau" = 0.15s = 150ms,
-) odległość od źródła fal grawitacyjnych
r="kilkanaście tys. lat świetlnych od GW150914"= 4000pc = 0.004Mpc
Stąd h("kilkanaście tys.l.św. od GW150914") = 10exp(-22) * 173 * 4 * 0.082 * 3750 = 2*10exp(-17)
Gdyby LIGO umieścić w odległości kilkunastu tys. lat świetlnych od zjawiska GW150914 to jego 4km ramię "drgnęłoby" o ułamek długości rzędu 10exp(-17)

= 4*10exp(-14) metra = kilka/kilkanaście długości protonu !!!

To byłby już jakiś efekt odczuwalny w skali atomowej na hipotetycznej planecie. Tzn. przez około 0.1 sekundy np. wszystkie nukleony w jądrach zmieniłyby odległości względem siebie? Może pojawiłoby się więcej rozpadów promieniotwórczych???

Dla sprawdzenia wykorzystałem ww. wzór do oszacowania "h" dla zjawiska GW150914 obserwowanego z Ziemi:
r = 400Mpc,
h("na Ziemi") = 10exp(-22) * 173 * 4 * 0.082 * 0.0375 = 2*10exp(-22)
Jest to wartość o 1 rząd za mała w stosunku do tego co zmierzono teleskopem LIGO, czyli 10exp(-21) = około 0.001 średnicy protonu dla długości ramienia teleskopu grawit. 4km.
Ale to są tylko szacunki ...

EDIT:

Jednak chyba trochę zagalopowałem się z tymi efektami makroskopowymi ...

Amplituda fali grawitacyjnej rzędu kilkanastu/kilkudziesięciu długości protonu dotyczy zmian długości odcinka 4km. Atomy na hipotetycznej planecie w odległości 4000pc od GW150914 nie powinny odczuć w skali makroskopowej (np. poprzez zwiększenie liczby rozpadów prom.) tego "drgnięcia czasoprzestrzeni".

Edytowane 20 Lutego 2016 przez Rybi

Behlur_Olderys · 20 Lutego 2016

Mamy w mianowniku 1/r.

A zatem jeśli na Ziemi (odległość 400Mpc czyli ok. 1.2*10^24m) zmierzona zmiana jest rzędu 10^-21 m

to zbliżając się na odległość rzędu kilku kilometrów od zdarzenia fale grawitacyjne mogłyby już porządnie człowieka rozerwać (amplituda ~1m)

Ale biorąc pod uwagę masy obu czarnych dziur rzędu 30 mas słońca to promień Schwarzschilda ma tutaj już ok. 100km.

Więc teoretycznie i bardzo pobieżnie licząc to dopóki nie wpadniemy za horyzont zdarzeń to jesteśmy bezpieczni przed rozerwaniem przez fale grawitacyjne,

choć na pewno nie jest komfortowe bycie rozciągniętym o te kilka milimetrów

szuu · 20 Lutego 2016

hmmm... pytamy o skutki oddziaływania fal grawitacyjnych...

zupełnie bez obliczania czegokolwiek mam wrażenie, że te skutki są bardzo mizerne, bo gdyby było inaczej to udałoby sie udowodnić istnienie fal grawitacyjnych wcześniej niż po 100 latach od ich wymyślenia