Piotr Jaranowski Wydział Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku

1. POLOWANIENA FALE GRAWITACYJNE Piotr Jaranowski Wydział Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku Białystok 17.11.2007

2. Czym jest grawitacja?

4. W szczególnej teorii względności istnieje maksymalna prędkość rozchodzenia się oddziaływań; prędkość ta jest jednocześnie prędkością rozchodzenia się światła w próżni: W teorii grawitacji Newtona oddziaływanie grawitacyjne rozchodzi się z nieskończenie wielką prędkością, teoria grawitacji Newtona jest niezgodna ze szczególną teorią względności!

5. ogólna teoria względności (1915) szczególna teoria względności (1905) teoria grawitacji Newtona (1687)

6. Zasada równoważności Galileusz: w danym polu grawitacyjnym wszystkie ciała spadają z tym samym przyspieszeniem. Einstein: prawa fizyki w nie rotującym układzie odniesienia, który spada swobodnie w jednorodnym polu grawitacyjnym, są prawami szczególnej teorii względności.

8. W niejednorodnym polu grawitacyjnym grawitacja może być usuniętalokalnie: w pewnym sensie rzeczywiste (tzn. niezależne od stanu ruchu obserwatora) są tylko grawitacyjne siły pływowe. Einstein: grawitacja nie jest siłą; grawitacja jest zakodowana w strukturze geometrycznej czasoprzestrzeni.

9. Grawitacja jest krzywizną czasoprzestrzeni Źródłem pola grawitacyjnego jest energia i pęd oraz przepływy energii i pędu. Materia mówi czasoprzestrzeni, jak się zakrzywiać, a czasoprzestrzeń mówi materii, jak się poruszać.

10. Ugięcie światła w pobliżu ciał o dużej masie.

11. Anomalne przesunięcie peryhelium Merkurego.

12. grawitacja może wytwarzać więcej grawitacji (ogólna teoria względności jest teorią nieliniową) czarne dziury zmiany pola grawitacyjnego propagują się z prędkością światła fale grawitacyjne

13. Czym są fale grawitacyjne?

14. Fale grawitacyjne są zmarszczkami krzywizny czasoprzestrzeni propagującymi się z prędkością światła.

15. Przybliżenie długofalowe: Jak można zaobserwować falę grawitacyjną? Swobodnie spadający i nie rotujący układ odniesienia, fala grawitacyjna jest jedynym źródłem krzywizny czasoprzestrzeni.

16. Linie pola sił wytworzonego przez falę grawitacyjną Polaryzacja +

17. Dwie niezależne polaryzacje fali grawitacyjnej

18. L L+L Miarą amplitudy fali grawitacyjnej jest Fale grawitacyjne mają charakter kwadrupolowy: ciała osiowosymetryczne rotujące wokół osi symetrii nie emitują fal grawitacyjnych.

19. Moc promieniowana grawitacyjnego emitowanego przez wirujący pręt

20. Astrofizyczne źródła fal grawitacyjnych

21. Źródła astrofizyczne emitują fale o częstotliwościach Długości takich fal

22. Układy podwójne obiektów astrofizycznych Zlewające się ciasne układy podwójne obiektów o masach gwiazdowych (zwykłe gwiazdy, białe karły, gwiazdy neutronowe, czarne dziury). Czarne dziury o masach gwiazdowych obiegające supermasywne czarne dziury.

23. Wybuchy supernowych. Rotujące pojedyncze gwiazdy neutronowe.

24. Zlewający się układ podwójny „Ćwierk”

25. Podwójny pulsar PSR 1913+16: pośrednie potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych (R. A. Hulse, J. H. Taylor, nagroda Nobla 1993) Zgodność z OTW lepsza niż 0,4%.

26. Astronomia fal grawitacyjnych • Sprawdzenie własności fal grawitacyjnych przewidywanych przez ogólną teorię względności. • Bezpośrednie wykrycie czarnych dziur. • Pomiar mas gwiazd neutronowych i czarnych dziur tworzących układy podwójne, pomiar odległości tych układów. • Niezależne pomiary parametrów kosmologicznych: stałej Hubble’a, parametru hamowania i stałej kosmologicznej. • Wykrycie grawitacyjnego promieniowania tła.

27. Detektory fal grawitacyjnych

28. Detektory na powierzchni Ziemi: • detektory rezonansowe, • interferometry laserowe. • Detektory w przestrzeni kosmicznej: • LISA (ESA/NASA).

29. Jak działa detektor rezonansowy? Czułość detektorów rezonansowych

30. Detektory rezonansowe na świecie

31. EXPLORER (Włochy, CERN)

32. ALLEGRO (USA)

33. Jak działa interferometr laserowy?

34. Jak silnych fal grawitacyjnych spodziewamy się na Ziemi? Jak małe zmiany długości można mierzyć? Jakie rozmiary powinny mieć detektory?

35. Detektory interferometryczne na świecie

36. LIGO Livingstone Observatory

37. LISA (ESA/NASA, 2017)

40. Obecnie działające detektory mogą wykryć fale grawitacyjne, detektory te po planowanych w najbliższych latach ulepszeniach powinny wykryć fale, natomiast detektor wprzestrzeni kosmicznej LISA musi wykryć fale grawitacyjne.

41. Fale grawitacyjne • na Uniwersytecie w Białymstoku • Wydział Fizyki • Zakład Astronomii i Astrofizyki • Analiza danych z włoskich detektorów fal grawitacyjnych EXPLORER i NAUTILIUS • Statystyczna teoria wykrywania sygnałów • Badanie problemu ruchu i promieniowania w OTW