Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote in otrageniya,
Морозов Александр Гавриилович
moralg
otrageniya

Почему слияние сверхмассивных черных дыр мы наблюдать не сможем?...

      Слияний черных дыр звездных масс наблюдено уже четыре эпизода. В самом первом (и самом мощном), случившемся на расстоянии от нас в 1,3 млрд. световых лет, слились две ЧД с массами 36 и 29 масс Солнца в одну ЧД массой в 62 массы Солнца. А 3 массы Солнца преобразовались в этом слиянии в энергию гравитационных волн. Которые и были зафиксированы на земных гравитационных телескопах LIGO.

      Вопрос, что в заголовке, вынужден поставить потому, что есть сообщение об открытии удаленной от нас на 2,6 млрд. св. лет системы, состоящей из двух сверхмассивных ЧД суммарной массой ~ 200 млн. масс Солнца, вращающихся вокруг общего центра масс по орбите диаметром меньше 0,01 св. года. Понятно, что в обозримом будущем эти ЧД должны слиться в одну ЧД и сверхмощнейшая гравитационная волна нахлынет и на Землю. Зарегистрируют ли земные гравитационные телескопы (LIGO, Virgo и другие) эту сверхмощнейшую ГВ?

  Казалось бы, что гравитационные волны от слияния сверхмассивных ЧД (массой в миллионы масс  Солнца) должны быть обнаружены этими телескопа легко. Однако, это не так. И для понимания этого эффекта нужно знать всего лишь один параметр - зависимость радиуса горизонта событий ЧД от массы объекта. Радиус горизонта событий (гравитационный радиус) пропорционален массе объекта. И для Солнца равен 2,95 км.

      В приведенном в первом абзаце примере гравитационные радиусы слившихся ЧД равнялись примерно 105 и 85 км.При соприкосновении их гравитационных радиусов в процессе слияния расстояние между их центрами масс было ~ 190 км, а длина окружности взаимной орбиты ~ 1200 км.

     Колебания гравитационного поля от упомянутого в начале поста слияния ЧД представляли собой цуг волн частотой от 50 (в начале цуга) до 230 (в конце его) герц. Тем самым, длина этих волн внутри цуга убывала от ~ 6000 км до ~ 1300 км (ГВ распространяются со скоростью света). Мы видим, что длина последней волны в цуге гравволн практически равна длине окружности орбиты взаимного движения двух ЧД в момент касания их горизонтов событий.

    Тем самым, земные гравтелескопы начали фиксировать гравволны с момента сближения ЧД на расстояние в 4-5 суммы их граврадиусов и перестали их фиксировать в момент касания их граврадиусов, то есть, в момент слияния черных дыр.

      Перейдем теперь к упомянутой выше тесной двойной ЧД суммарной массы ~ 200 млн. солнечных масс.

      Сумма их граврадиусов будет ~ 600 млн. км ~ 2000 св. секунд. А длина соответствующей их взаимной орбиты в момент касания их граврадиусов ~ 12000 св. секунд. Естественно поэтому ожидать, что максимальная частота колебаний гравитационного поля в такой волне будет ~ 1/12000 герца. А сама длина гравволны ~ 3,8 млрд. км.

      Упоминавшиеся выше земные гравтелескопы способны измерять относительные смещения разнесенных внутри них на 4 километра пробных масс с погрешностью меньше одной тысячной размера протона. И измеряли эти смещения для ГВ длиной в тысячи километров. Ибо они "видели" довольно быстрые изменения величины гравитационного поля. Но смогут ли такие телескопы заметить волновые изменения гравитационного поля в волне длиной в миллиарды километров и длительностью изменений во многие часы?

      Сильно сомневаюсь в этом. Даже не столько по причине недостаточной чувствительности гравтелескопов, сколько по причинам множества событий и шумов на Земле за многие часы прохождения даже одной волны из не очень короткого цуга гравволн. Таких, например, как мелкие землетрясения.

      Вывод: Земные гравитационные телескопы не смогут зарегистрировать гравитационные волны от слияния сверхмассивных черных дыр.

      Возможно, что приведенные выше оценки и основанные на них выводы убедят не всех. Приведу простую им аналогию из нашей земной жизни. Представьте, что вы сидите на холме близ океана и наблюдаете катящиеся по нему волны высотой пусть даже в полметра. Вы прекрасно видите эти волны. Ветер утих и поверхность океана стала гладкой. По нему уже не бегут волны? Отнюдь.

      По океану непрерывно бежит приливная волна длиной в половину окружности Земли и высотой в несколько метров. Но эту волну как волну вы не видите. При должном терпении вы воспринимаете ее как приливы и отливы дважды в сутки. И вряд ли когда-либо вы представляли приливы и отливы как некое волновое явление. Ваши органы чувств просто откажутся в это поверить. Я уж не говорю о ситуации, когда Вы сидите не на берегу, а на палубе находящегося в открытом океане корабля.

      Аналогично нынешние земные гравтелескопы не будут воспринимать гравитационные волны длиной в миллиарды километров, возникающие от слияния сверхмассивных черных дыр, как волны. Их "органы чувств" просто их не увидят.


Tags: moralg, Загадки мироздания
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 61 comments