Javítottak a gravitációs hullámok észlelésén
Irta: Olvaso - Datum: 2010. December 11. 13:15:37
Einstein általános relativitáselméletének egyik kulcsfontosságú elõrejelzése, hogy nagytömegû objektumok mozgása gravitációs hullámokat kelt. A téridõ-fodrozódások detektálására tett kísérletek eddig sajnos még nem jártak értékelhetõ eredménnyel, az elméletek szerint ugyanis a hullámok nagyon gyengék, illetve gyorsan lecsengenek. Az egyik ezzel foglalkozó projekt, a LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) detektorainak továbbfejlesztésével (Advanced LIGO) azonban már jó esély mutatkozik a sikeres mérésekre
Teljes hir
Einstein általános relativitáselméletének egyik kulcsfontosságú elõrejelzése, hogy nagytömegû objektumok mozgása gravitációs hullámokat kelt. A téridõ-fodrozódások detektálására tett kísérletek eddig sajnos még nem jártak értékelhetõ eredménnyel, az elméletek szerint ugyanis a hullámok nagyon gyengék, illetve gyorsan lecsengenek. Az egyik ezzel foglalkozó projekt, a LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) detektorainak továbbfejlesztésével (Advanced LIGO) azonban már jó esély mutatkozik a sikeres mérésekre
A legígéretesebb célpontok a kompakt kettõsök, amelyek vagy két neutroncsillagból, vagy egy neutroncsillagból és egy fekete lyukból állnak. A kettõsök komponensei egy szûkülõ spirális pályán egyre közelebb kerülnek egymáshoz, majd végül egy grandiózus robbanásban összeolvadnak. Ezek az események az elõrejelzések szerint pedig már detektálható gravitációs hullámokat keltenek.
Két neutroncsillag összeolvadását mutató szimuláció néhány fázisa. A folyamat eredményeként a legérzékenyebb mûszerekkel már valószínûleg detektálható gravitációs hullámok keletkeznek.
Enrico Ramirez-Ruiz (University of California Santa Cruz) és tanítványa, Luke Zoltan Kelley ezeket a kompakt kettõsöket tették vizsgálatuk tárgyává, mégpedig abból a szempontból, hogy hol is várható elõfordulásuk. Ez azért fontos, mert a gravitációs hullámok keltésével járó összeolvadáshoz vezetõ folyamatot jó lenne már annak végkifejlete elõtt is nyomon követni, illetve eleve jó lenne tudni, hogy milyen irányból várjuk majd a jeleket. A kompakt kettõsöknek nemcsak az egymás körüli keringési sebességük nagy, de a rendszer térbeli mozgása is lendületes, a transzlációs sebesség meghaladhatja a 200 km/s-ot, azaz kialakulási helyüktõl ma már akár nagy távolságra is lehetnek. Az új eredmény alapján a követõ megfigyelések tervezésénél figyelembe kell venni, hogy az esetleg detektált gravitációs hullámok forrásai nem galaxisokban, hanem azoktól távolabb vannak.
A rúgás, ami a kettõs rendszert kipenderítheti a szülõgalaxisából, a neutroncsillagot vagy a fekete lyukat létrehozó szupernóva-robbanás aszimmetrikus volta. Kelley szerint a mag kollapszusának 1%-os aszimmetriája körülbelül 1000 km/s-os kezdõsebességet adhat a maradványnak, ez a maximális sebesség, amit egy egyedülálló neutroncsillag szerezhet. Kettõs rendszerekben a tömegközéppont által így nyerhetõ kezdõsebesség jóval kisebb (és sokkal bizonytalanabb), de azért eléri a 200 km/s-ot.
Kelley és Ramirez-Ruiz azt vizsgálták az UCSC szuperszámítógépével, hogy a sötét anyagra és az univerzum struktúráinak kialakulására vonatkozó standard kozmológiai szimulációkban különbözõ kezdõsebességek esetén milyen lesz a kompakt kettõsök eloszlása. A sötét anyag halójába - aminek gravitációs hatásáról azt gondoljuk, hogy a galaxisok kialakulásának hajtóereje - a kettõsöket reprezentáló próbatesteket helyeztek el, melyeknek a szupernóva-robbanásoktól származó különbözõ kezdõsebességeket adtak. A futtatások alatt szimulálták az univerzum 13,8 milliárd éves teljes fejlõdését. Ennek eredményeként Kelley talált egy olyan területet, ami pontosan úgy néz ki, mint a mi lokális (z = 0) környezetünk: van benne egy Tejútrendszerhez hasonló méretû nagy galaxis, illetve több kisebb kísérõgalaxis. A következõ lépésben elõállította az égboltnak a képét, ahogyan a szimulált világegyetemet látnánk a Földrõl, megjelölve rajta a kompakt kettõsök és a lokális galaxisok pozícióit.
A sötét anyag (bal oldali oszlop) és a próbatestek eloszlása különbözõ kezdõsebességek (középsõ és jobb oldali oszlop) mellett. A fehér pixelek olyan területeket jelölnek, ahol nem jelentek meg próbatestek, vagy a sötét anyag oszlopsûrûsége kisebb a szimuláció felbontásánál. Bár a próbatestek sûrûségének maximuma nem nagyon változik, egy jól látható háttér alakul ki belõlük, amint a sebesség közelíti a szökési sebességet. 90 km/s-nál nagyjából csak a sötét anyag sûrûbb részeit rajzolják ki, magasabb sebességeknél azonban az eloszlásuk lassabban lesz izotróp, mint a sötét anyagé.
Az eredmény azt mutatja, hogy a kettõsök eloszlása érzékenyen függ a kezdõ lökés által kapott sebességtõl, és a kettõsök elõfordulhatnak a fényes galaxisoktól távol is. Ez azért érdekes, mert így könnyebben detektálhatók nagyléptékû felméréseket végzõ teleszkópokkal, például a tervezett LSST (Large Synoptic Survey Telescope) mûszerrel. Ezen észlelések alapján pedig Ramirez-Ruiz szerint a GH detektorok üzemeltetõi megtudhatják, hogy adataikban mikor és milyen irányból érkezett gravitációs hullámok jeleit kell keresniük. Kollégáival jelenleg is azon dolgozik, hogy kiderítsék, az összeolvadási folyamat milyen, az optikai tartományban is érzékelhetõ hatásokkal, jelekkel jár, melyeket nyilván könnyebb azonosítani a galaxisok fényes korongjaitól távol.
Forrás: Link