|
Постоянство гравитационно-волновой памяти
|
|
|
|
Нейтронные звезды - это сверхплотные остатки массивных звезд, которые разрушились после взрывов сверхновых и состоят в основном из субатомных частиц, не имеющих электрического заряда (то есть нейтронов). Предполагается, что при столкновении двух нейтронных звезд возникают гравитационные волны - рябь в ткани пространства-времени, распространяющаяся со скоростью света.
|
|
|
|
Гравитационные волны обычно принимают форму колебаний, периодически и временно воздействуя на основную структуру Вселенной (то есть пространство-время). Однако общая теория относительности предполагает, что для некоторых космологических событий, в дополнение к колебательному перемещению пробных масс (возникающему при прохождении потока гравитационных волн), существует их окончательное постоянное перемещение посредством явления, называемого "памятью гравитационных волн".
|
|
|
|
Исследователи из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, Афинской академии, Университета Валенсии и Государственного университета Монтклер недавно провели исследование, изучающее эффекты гравитационно-волновой памяти, которые могут возникнуть при слиянии нейтронных звезд.
|
|
|
|
Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, дает первое представление о том, как магнитные поля, нейтрино и выброшенное вещество могут способствовать эффекту гравитационно-волновой памяти, возникающему в результате этих астрофизических событий.
|
|
|
|
|
|
|
"Несмотря на огромный прогресс в обнаружении гравитационных волн, все еще существуют важные аспекты общей теории относительности, которые еще не наблюдались и которые только недавно были поняты", - говорит Антониос Цокарос, профессор Иллинойского университета в Урбане-Шампейне и исследователь Афинской академии, возглавлявший этот проект, рассказал Phys.org.
|
|
|
|
Первые расчеты, предсказывающие эффект памяти гравитационных волн, были выполнены Зельдовичем и Полнаревым еще в 1974 году. Основываясь на линейной теории гравитации, два физика рассчитали эффект памяти для скопления сверхплотных звезд.
|
|
|
|
В 1991 году в основополагающей работе Кристодулу было показано, что нелинейность уравнений Эйнштейна приводит к дополнительному эффекту памяти, возникающему из-за совокупного влияния самих гравитационных волн.
|
|
|
|
Совсем недавно Биери, Чен и Яу показали, что электромагнитное поле также вносит наибольший вклад в нелинейный эффект памяти гравитационных волн, в то время как Биери и Гарфинкл доказали, что существует еще одна дополнительная составляющая нелинейного эффекта памяти для нейтринного излучения.
|
|
Моделирование слияния намагниченных двойных нейтронных звезд
|
|
|
|
Хотя ожидается, что двойные черные дыры, системы, состоящие из двух черных дыр, которые вращаются близко друг к другу, будут генерировать гравитационные волны с наибольшей яркостью и, следовательно, с наибольшим эффектом памяти, именно двойные нейтронные звезды демонстрируют дополнительный вклад в память благодаря электромагнитной и нейтринной яркости. Более того, эти двойные системы демонстрируют барионные выбросы, которые также отсутствуют при слиянии двойных черных дыр.
|
|
|
|
Цокарос и его коллеги хотели пролить новый свет на то, как эти дополнительные факторы влияют на эффекты памяти гравитационных волн, связанные со слиянием двух вращающихся нейтронных звезд. Более конкретно, они хотели впервые количественно оценить вклад электромагнитного поля, нейтрино и выброшенного вещества в эти эффекты.
|
|
|
|
Для этого исследователи смоделировали двойные нейтронные звезды с изменяющимися магнитными полями, используя передовые вычислительные инструменты. Примечательно, что некоторые модели включали выброс нейтрино, который возник бы в результате столкновения двух нейтронных звезд, в то время как другие - нет.
|
|
|
|
"Мы обнаружили сложную зависимость памяти от массы двойной системы, уравнения состояния нейтронной звезды (термодинамических свойств вещества), а также топологии и величины магнитного поля, которые мы надеемся дополнительно изучить в будущем", - пояснил Цокарос.
|
|
|
|
"В частности, наивное ожидание того, что намагниченные двоичные файлы будут генерировать больше суммарных сигналов памяти, чем соответствующие немагнетизированные, из-за дополнительной электромагнитной памяти, не обязательно реализуется, поскольку, с одной стороны, электромагнитной памятью можно пренебречь (за исключением очень сильных магнитных полей), а с другой, потому что намагниченная эволюция остатка нейтронной звезды после слияния может привести к уменьшению объема памяти гравитационных волн".
|
|
|
|
В целом, расчеты, проведенные Цокаросом и его коллегами, показывают, что магнитные поля, нейтрино и выброшенное вещество вносят значительный вклад в общую память гравитационных волн при слиянии нейтронных звезд. По оценкам, на эти факторы приходится от 15 до 50% общей памяти.
|
|
|
|
Команда обнаружила, что в некоторых случаях намагниченные слияния могут приводить к меньшему суммарному эффекту памяти, чем немагниченные. Кроме того, они показали, что гравитационно-волновая память, создаваемая слияниями нейтронных звезд, может постепенно увеличиваться в течение более длительного времени по сравнению со слияниями черных дыр.
|
|
|
|
Эффект памяти является уникальной особенностью общей теории относительности, и поэтому его обнаружение обеспечит дальнейшую тщательную проверку теории, которая до сих пор является золотым стандартом для нашего понимания Вселенной.
|
|
|
|
Исследователи надеются, что их недавнее исследование внесет вклад в будущее обнаружение эффектов гравитационно-волновой памяти, наблюдение которых подтвердило бы предсказания общей теории относительности Эйнштейна и дало бы новое представление об увлекательных астрофизических явлениях.
|
|
|
|
"В случае двойных систем, где одним из компактных объектов является нейтронная звезда, обнаружение эффекта памяти гравитационных волн дало бы дополнительные подсказки относительно уравнения состояния, массы и магнитного поля нейтронной звезды", - добавил Цокарос.
|
|
|
|
"Эта работа была нашим первым исследованием гравитационно-волновой памяти в двойных системах. Теперь мы планируем расширить это исследование, проведя дальнейшие систематические исследования в этой области и предоставив конкретные результаты, которые помогут лучше понять этот сложный общий релятивистский эффект, а также помогут его обнаружить.
|
|
|
|
"В некотором смысле, подобно нашей собственной постоянной памяти, которая формируется в зависимости от хода нашей жизни, бинарные компактные объекты также обладают постоянной памятью, описанной теорией гравитации Эйнштейна".
|
|
|
|
Источник
|
