|
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://xray.sai.msu.ru/~lipunov/pops/graw/node3.html
Дата изменения: Fri Jun 16 18:36:58 2000 Дата индексирования: Tue Oct 2 09:40:26 2012 Кодировка: koi8-r |
Нейтронные звезды -- это элементарные частицы Вселенной.
Напомним (читай статью "Зоопарк нейтронных звезд"),
нейтронные звезды были предсказаны Л.Д.Ландау как гигантские,
весом с нормальную звезду типа Солнца, атомные ядра. Грубо говоря,
это ядра супертяжелого элемента с порядковым номером 
.
Халс-Тейлоровский пульсар свидетельствует: во Вселенной идут реакции столкновения нейтронных звезд:
Такая реакция обязательно должна сопровождаться всплеском гравитационных
волн (Gravitational Wave Burst -- GWB),
возможно, образованием черной дыоы (Black Hole -- BH),
излучением нейтрино и, возможно, 
-всплеском
(Gamma Ray Burst -- GRB, см. статью автора "Военная тайна астрофизики").
Замечательно, что при слипании нейтронных звезд коэффициент
максимален и достигает десятков процентов.
Из формулы Эйнштейна следует,
что гравитационно-волновая светимость в момент полного слияния приближается
к максимальному пределу:
Эта величина, которую Эйнштейн назвал естественной светимостью,
похоже, действительно является верхним пределом светимости в природе.
Давайте рассмотрим процесс, в котором вся энергия
некоторой массы вещества 
переходит
в излучение за кратчайшее время 
. Разделив максимальную
энергию на минимальное время, получим в точности "естественную светимость".
Это поистинне огромная величина.
Например, самые мощные объекты Вселенной, квазары излучают в
сотни миллиардов раз меньше. Но самое удивительное, что этот предел,
полученный в рамках общей теории относительности не изменится даже
в будущей теории квантовой гравитации.
Если разделить планковскую энергию на планковское время,
то постоянная Планка выпадет, и останется "естественная светимость"!
Но как часто во Вселенной происходят столкновения нейтронных звезд?
Уже грубая оценка частоты таких событий, опирающаяся на наблюдения двойных пульсаров, показала, что слияния должны происходить в нашей Галактике раз в миллион лет. Именно под эту цифру и строится самый большой приемник гравитационных волн LIGO. На самом деле, оценка эта сильно занижена, так как для получения грав-волн не важно, чтобы нейтронные звезды были радиопульсарами, которых гораздо меньше, чем потухших пульсаров -- обычных нейтронных звзед. Расчеты, проведенные в Государственном астрономическом институте им. П.К.Штернберга, показывают, что в среднем одно слияние происходит раз в 10 000 лет.
Конечно, никто не собирается ждать 10 000 лет до очередного столкновения
нейтронных звезд. Ведь во Вселенной миллиарды галактик. Их плотность
примерно равна 1 галактике на 100 кубических Мегапарсек.
Процесс настолько эффективен, что уже первая очередь
LIGO с чувствительностью 
позволит наблюдать слияния
с расстония 100 миллионов парсек. Действительно, если чувствительность
равна 
, то максимальное расстояние, на котором еще
виден источник, будет равно:
Это расстояние можно назвать гравитационно-волновым горизонтом детектора. Внутри этого горизонта находится примерно 10000 галактик, и следовательно, в таком объеме за один год происходит примерно 1 слияние.
Конечно, цифра получается не очень большой. Одна гравитационно-волновая вспышка за год, да еще на самом пределе чувствительности - это, действительно не много. Поэтому, строители интерферометров ничего особенного не ждут от первой очереди проекта. А зря!
Обратите внимание, гравитационно-волновой горизонт детектора пропорционален гравитационому радиусу сталкивающихся звезд, который сам пропорционален массе. Следовательно, частота столкновений внутри горизонта -- кубу массы! Но есть только один релятивистский объект, который по массе превосходит нейтронные звезды. Это черные дыры. Вернее, есть пока лишь их теоретическое предсказание и неплохие наблюдательные кандидаты (см. статью А.М.Черепащука) в двойных рентгеновских системах. Кроме того, законы звездной эволюции убеждают нас в том, что во Вселенной идут реакции столкновения релятивистских звезд:
Средняя масса черных дыр примерно в 10 раз выше, чем масса нейтроных звезд, и объем внутри горизонта в тысячу раз больше! Но вот проблема, о черных дырах, вернее, о том, как они образуются, астрономы пока знают гораздо меньше, чем про нейтронные звезды, и средняя частота слияний известна гораздо хуже. Тем не менее, недавние теоретические расчеты показывают, что при всех неопределенностях первые гравитационно-волновые детекторы будут чаще регистрировать слияния черных дыр, а не нейтронных звезд (см. Рис. ?).
Figure 2.:
Ожидаемая скорость регистрации гравитационно-волновых всплесков от
слияния нейтронных звезд и черных дыр в зависимости от неизвестного пока
параметра - доли вещества звезды уходящего в черную дыру в момент
ее образования. Зачерненная область, напоминающая голову доисторического
чудовища - это расчитанная на основе современной теории эволюции двойных
звезд область
вероятной частоты регистрации. Область велика - много неизвестных
параметров, но она везде значительно выше частоты детектирования сигнала от
сливающихся нейтронных звезд (заштрихованнная горизонтальная полоса).
Диаграмма показывает, что первыми будут открыты сливающиеся черные дыры
(В.М.Липунов, К.А.Постнов и М.Е.Прохоров, 1997).
Этот результат, полученный несколько лет назад, оказался совершенно неожиданным для строителей интерферометров. Дело в том, что в нескольких странах (Японии, Италии и Германии) идет строительство собственных интерферометров, меньших размеров, и потому более дешевых. Все они будут способны зарегистрировать сигналы от слияния черных дыр. Причем регистрация такого сигнала позволит точно измерить массу сливающихся звезд, а сравнение с теоретической формой всплеска позволит, быть может, доказать существование черных дыр в природе. Таким образом, впервые в истории физики, в одном эксперименте могут быть открыты сразу две новые физические сущности -- гравитационные волны и черные дыры.