重力波

重力波,也叫重力波和引力辐射,传输重力场变化的波浪。根据广义相对论,曲率的时空是由质量的分布,而大众的运动是由曲率。结果是,重力场的变化从一个地方传输到另一个地方波,同样的变化电磁场像波。如果群众源域的变化随着时间的推移,它们辐射能量的曲率波场。首次直接探测到引力波激光干涉引力波天文台2015年(LIGO)。

理论和来源

从表面上看,有许多相似之处重力和电磁。例如,牛顿定律的引力力两个点之间的质量库仑定律为电力两个点之间指控表明,两种力量的分离距离的平方反比变化。然而,在苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论,加速指控发出信号(电磁辐射),在旅行光的速度,而在牛顿万有引力理论加速质量传输信息(行动在远处)旅行无限速度。这二分法修复了爱因斯坦的万有引力理论,在加速质量也产生信号(引力波)仅以光速旅行。,正如电磁波可以让他们的存在被带电体的来回推动,也可以探测到引力波的来回拉巨大的身体。然而,因为引力的耦合质量本质上是比电磁力的耦合较弱的指控,引力辐射的产生和探测更加困难比电磁辐射。事实上,这是近100年在1916年爱因斯坦的广义相对论的发现之后,直接探测引力波。

然而,有强有力的理由认为存在这样的辐射。最令人信服的有关radio-timing观察脉冲星,PSR 1913 + 16位于一个双星系统的轨道周期7.75小时。这个物体,发现于1974年,有59个毫秒脉冲时间内,不同的一部分1000年每7.75小时左右。解释为多普勒变化,这些变化意味着轨道速度变换的光速。的非正弦形状速度曲线随着时间的允许扣除轨道是完全非圆形(实际上,它是一个椭圆长轴的偏心0.62在太空绕着每年4.2°)。系统由两个中子星,每一方都有一个质量的1.4倍太阳质量,与半轴长仅2.8太阳半径的分离。根据爱因斯坦的广义相对论,这样一个系统应该失去轨道能量通过引力波的辐射,会导致他们螺旋在时间尺度约3×10⁸年。观察到的轨道周期的减少这些年来发现的二进制脉冲星确实表明,两颗恒星正在陷入另一个速度完全预测。引力辐射手段是唯一知道可能发生。(美国物理学家Russell Hulse和小约瑟夫·h·泰勒。赢得了诺贝尔物理学奖在1993年发现的PSR 1913 + 16。)

一个巨大的核心的内爆明星形成一个中子星前一个超新星爆炸,如果它发生在一个nonspherically对称方式,应该提供一个强大的引力辐射破裂。简单的估计产量质能赤字的一小部分的释放,大约10⁵³基本特性,主要辐射出来波时间之间的振动周期的中子星,大约0.3毫秒,和引力辐射阻尼时间,大约300毫秒。

探测器和观察

三种类型的探测器设计寻找引力辐射,这是非常薄弱。时空的曲率变化对应于一个方向的膨胀和收缩成直角方向。一个计划,第一次尝试了约1960,雇了一个巨大的油缸这可能是由重力机械振荡信号。这个装置的作者认为,信号被检测到,但他们不是证实。

在第二个方案光学干涉仪设置与自由悬浮反射镜的长路径成直角。变化的干扰边缘对应一只手臂的长度的增加和减少其他表明通过引力波。就是这样一个干涉仪激光干涉引力波天文台(LIGO),它包含两个干涉仪的手臂长度4公里(2英里),一个在汉福德,华盛顿,和其他在利文斯顿,路易斯安那州。LIGO是第一个天文台直接探测引力波。2015年9月14日,它观察到两个黑洞13亿光年,是36和质量的29倍太阳螺旋向内,形成一个新的黑洞62倍太阳质量。剩下的三个太阳质量转换到引力波。

第三个方案进化激光干涉仪天线空间(eLISA),是使用三个不同的计划,但并非独立,干涉仪安装在三个航天器位于三角形的角落的约500万公里(300万英里)。任务为eLISA测试技术,丽莎探路者在2015年推出。