Ilustrația prezintă (în partea de jos) prima detecție de unde gravitaționale de către cele două observatoare LIGO.
Acestea sunt sincronizate cu evoluţia fuziunii găurii negre ce a produs undele în trei faze (imaginile de sus): 1 – spiralarea interioară, 2 – fuziunea, şi 3 - „ringdown" (când s-a încheiat emisia de unde gravitaţionale)
credit: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Undele gravitaţionale sunt ondulaţii ale spaţiu-timpului, generate de obiecte cosmice masive aflate în accelerare. Undele gravitaționale sunt o consecință a teoriei relativității generale a lui Einstein. Mişcarea obiectelor masive prin spaţiu-timp perturbă, așadar, structura acestuia, generând o radiație (undele gravitaționale) care se propagă în toate direcțiile. Dar sunt undele gravitaționale atrase și captate de o gaură neagră?

 

Cum se deplasează undele gravitaționale prin spațiu
(reprezentare grafică)

 


Întrebarea la care vrem să răspundem, așadar, este: trec undele gravitaționale nealterate printr-o gaură neagră ori sunt absorbite de aceasta?

Înainte să răspundem, să pregătim terenul...


• Ce sunt găurile negre?

Deşi numim găurile negre „obiecte cosmice”, acestea sunt în fapt adevărate „găuri” în structura spaţiu-timpului, un loc din univers unde tot ce avem este o gravitaţie formidabilă.

O gaură neagră are o zonă de graniţă, pe care o numim „orizontul evenimentelor”, dincolo de care nu mai există scăpare, în sensul că orice particulă, odată atins orizontul evenimentelor, se va îndrepta inexorabil către centrul găurii negre, unde se află o singularitate (gravitație infinită). Nici lumina (fotonii) nu scapă gravitaţiei extraordinare a găurii negre.

Pentru mai multe detalii, citiți articolul nostru: Istoria completă a găurilor negre ori căutați după „gaură neagră” pe site (am publicat multe articole de-a lungul timpului pe acest subiect).

 


Prima imagine a unei găuri negre. Imaginea nu este o fotografie, ci a fost creată cu ajutorul a multiple telescoape în cadrul proiectului EHT


Iată un aspect interesant pe care e posibil ca mulți să nu-l cunoască: când ești departe de orizontul evenimentelor, o gaură neagră pare să se comporte ca orice obiect cosmic cu masă din univers. De exemplu, de pe Terra, efectele gravitaționale pe care le resimțim de la Soare ar fi aceleași dacă în locul Soarelui ar fi o gaură negră cu aceeași masă cu a Soarelui.


• Au undele gravitaționale energie?
    Experimentul mental al mărgelelor

Atunci când undele gravitaționale trec printr-o regiune din spațiu, acestea distorsionează spațiul, așa cum spuneam la începutul articolului. Distanța dintre două obiecte din spațiu se mărește și se scurtează, în funcție de evoluția undelor gravitaționale. Așa am și descoperit undele gravitaționale, la urma urmelor. Vezi mai jos cum se detectează undele gravitaționale.

Dar au undele gravitaționale energie? Subiectul a fost discutat în 1957 în cadrul unei conferințe. Argumentul care i-a convins pe fizicieni că undele gravitaționale au energie a fost propus de faimosul fizician Richard Feynman, în primă instanță în mod anonim, argument cunoscut drept „Experimentul mental al mărgelelor” („sticky bead argument”, în engleză).


credit: writescience.wordpress.com


Să ne imaginăm următoarea situație: avem un fir rigid pe care, la capete, se află două mărgele, care nu sunt lipite de fir. La trecerea undelor gravitaționale perpendicular pe acest fir, mărgelele se vor mișca stânga-dreapta pe fir, frecându-se de fir și producând căldură (ca rezultat al frecării). Firul nu se mișcă odată cu mărgelele, grație legăturilor interatomice la nivelul firului.

Această capacitate a undelor gravitaționale de a mișca mărgelele arată că acestea au energie. În fapt, experimentul mental propus de Feynman nu arată că undele gravitaționale au energie, ci indică o modalitate de a extrage energie din acestea și utilizarea energiei captate într-un sistem fizic.


• Proprietăți ale undelor gravitaționale

Pentru o mai bună înțelegere a concluziilor articolului, iată câteva dintre proprietățile undelor gravitaționale, în raport cu alt tip de radiație, lumina (undele gravitaționale):
· undele gravitaționale se deplasează cu viteza luminii prin univers, ca și fotonii, doar că undele gravitaționale nu sunt încetinite de trecerea prin zone cu materie.
· undele gravitaționale au lungimea de undă afectată (mărită) de expansiunea universului, cum se întâmplă și în cazul undelor electromagnetice.
· undele gravitaționale, ca și lumina, sunt supuse efectului  de „lentilă gravitațională” (schimbarea traiectoriei în zone de curbare a spațiu-timpului) și „deplasare spre roșu” (creșterea lungimii de undă, pe fondul expansiunii accelerate a universului).
· undele gravitaționale, în teorie, au o particulă-purtătoare, gravitonul, care nu a fost însă detectată până în prezent, pe când fotonul, particula-purtătoare a undelor electromagnetice, este studiat de multă vreme în detaliu.



Traiectoria fotonilor este curbată în proximitatea orizontului evenimentelor unei găuri negre
credit: Nicolle R. Fuller/NSF

• Polarizarea undelor gravitaționale

Dacă lumina are două tipuri de polarizare: în sensul acelor de ceasornic și în sensul invers, undele gravitaționale au o polarizare denumită „plus, +” și una denumită „cruce, x”, cu direcțiile de compresie-și-extindere aflate la 45° una de alta.

 

 

• Cum se detectează undele gravitaționale

 


Credit: NASA's Space Place

Când cele două brațe ale interferometrului (detectorului de unde gravitaționale) sunt egale și nu există unde gravitaționale care să le modifice, semnalul aparatului de măsură este nul. Dar atunci când mărimea brațelor se schimbă, apare un semnal, iar modelul de interferență se schimbă, indicând existența modificării structurii spațiului (adică prezența undelor gravitaționale).


• Absorb găurile negre undele gravitaționale?

Ok, acum suntem în măsură să răspundem la întrebarea din titlu. Pentru cititorul atent, probabil că răspunsul este deja clar.

Dacă ai energie, atunci nu poți trece „neobservat” printr-o gaură neagră. Și tocmai am arătat mai sus că fizicienii au ajuns la concluzia că undele gravitaționale au energie. Acest aspect, cum spuneam, a fost utilizat pentru detectarea undelor gravitaționale.

Prin urmare, undele gravitaționale se vor deplasa în proximitatea și în interiorul unei găuri negre așa cum o face și lumina, urmând traiectoriile „trasate” de curbura spațiu-timpului. Undele gravitaționale sunt absorbite de găurile negre, alimentând găurile negre.


Citiți și:
 Cel mai uimitor lucru al fizicii - călătoria noastră în spațiu-timp
 Ce este spațiu-timpul?
 Cum se curbează spațiu-timpul?
 Ce este tensorul energie-tensiune (sursa câmpului gravitațional)
 Cum vizualizăm mișcarea obiectelor într-un spațiu-timp curbat?
 Cum se deplasează obiectele într-un spațiu-timp curbat?





Inspirat de acest articol din Forbes

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.
  • Comentariul tău, publicat ca „vizitator”, va fi evaluat în scurt timp de către un moderator în vederea publicării. Utilizatorilor care au cont pe site ori care folosesc conturile de FB, Twitter ori Google li se publică în mod automat comentariile.
    Nelu · 23:11 25.06.2021
    Văd că se vorbește de unde, de toate felurile. Care e definiția unei unde, adică ce e o undă? O fi un fel de duh?
Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Ar fi util dacă ne-ai sprijini cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro