Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Czarne dziury i fale grawitacyjne Piotr Bizoń IF UJ.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Czarne dziury i fale grawitacyjne Piotr Bizoń IF UJ."— Zapis prezentacji:

1 Czarne dziury i fale grawitacyjne Piotr Bizoń IF UJ

2 Grawitacja nie jest siłą, ale własnością czasoprzestrzeni Albert Einstein (1915)

3 M Ruch swobodny Ruch pod wpływem siły Teoria grawitacji Newtona

4 Ciała A i B zbliżają się do siebie, bo poruszają się po zakrzywionej powierzchni

5 Masywne ciała zakrzywiają czasoprzestrzeń Ciała próbne poruszają się po liniach geodezyjnych w zakrzywionej czasoprzestrzeni Odziaływanie geometrii i materii jest opisane równaniami Einsteina Równania Einsteina przewidują wiele nowych zjawisk, np. czarne dziury i fale grawitacyjne Ogólna teoria względności

6 osobliwość horyzont Kolapsująca materia Czarne dziury Czarna dziura: obszar czasoprzestrzeni, z którego żaden fizyczny sygnał nie może się wydostać Czarne dziury powstają w wyniku kolapsu grawitacyjnego materii Horyzont: brzeg czarnej dziury Wewnątrz czarnej dziury jest osobliwość Czarne dziury nie mają włosów – najprostsze obiekty astrofizyczne

7 Czy czarne dziury istnieją? © Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik W centrum Drogi Mlecznej jest obiekt o masie ~ 3x10 6 M * i promieniu < 17lh

8 gwiazda niewidzialny partner Cygnus X-1 dysk akrecyjny Galaktyka NGC 4261

9 Fale grawitacyjne Einstein (1918) – dla słabych pól równania pola sprowadzają się do równania falowego Niesferyczny ruch masywnych ciał zaburza czasoprzestrzeń Zaburzenie rozchodzi się na zewnątrz z prędkością światła jak fala

10 Fizyczny efekt fali grawitacyjnej Polaryzacja + Polaryzacja x h(t) L

11 Jak powstają fale grawitacyjne? Zwarte układy podwójne M=10 M * R=100 km r=100 Mpc f=100 Hz G/c 4 =8.2 x s 2 /g cm M M r R h~ Układ podwójny 2 czarnych dziur: Równania Einsteina są symetryczne względem zmiany kierunku czasu ruch detektora jest odbiciem ruchu źródła

12 Fale elektromagnetyczne Oscylacje pola elm rozchodzące się w czasoprzestrzeni Niekoherentna emisja (obserwablą jest strumień~1/r 2 ) Mała długość fali w porównaniu ze źródłem (obrazy) Silnie absorbowane i rozpraszane przez materię Fale grawitacyjne Oscylacje czasoprzestrzeni Generowane przez koherentny ruch źródła (obserwablą jest amplituda~1/r) Długość fali porównywalna lub większa od rozmiaru źródła (zła rozdzielczość) Bardzo słabo oddziałują z materią

13 Pośrednia ewidencja istnienia fal grawitacyjnych Układ podwójny gwiazd neutronowych Hulse & Taylor - nagroda Nobla 1993 Zmiana okresu: 30 sekund przez 25 lat Teoria: układ podwójny traci energię przez wypromieniowanie fal grawitacyjnych, w wyniku czego promień orbity maleje o 3mm w czasie jednego obrotu 17 / sec ~ 8 hr Przewidywanie OTW

14 Bezpośrednia detekcja (detektor interferometryczny) fotodetektor rozdzielaczlustra laser L L (promień protonu ~ cm)

15 Globalna sieć detektorów

16 LIGO-G Z Częstość [Hz] Amplituda Ewolucja czułości detektorów LIGO

17 LISA

18 LIGO vs. LISA

19 Jakie są szanse detekcji? Najsilniejsze źródło: koalescencja układu podwójnego czarnych dziur Dla M=10 M * : LIGO (2006) zasięg ~ 100 Mpc, N ~ 1/rok (detekcja wymaga szczęścia) Zaawansowane LIGO (~2013) zasięg ~ 1 Gpc, N ~ 3/dzień (detekcja b. prawdopodobna) Jasność:!

20 Dlaczego ten proces jest taki ciekawy? Najsilniejsze i najbardziej obiecujące źródło fal grawitacyjnych Detekcja fali grawitacyjnej generowanej w procesie koalescencji czarnych dziur będzie bezprecedensowym testem ogólnej teorii względności i bezpośrednim dowodem istnienia czarnych dziur (a także cennym źródłem informacji o ewolucji gwiazd i formowaniu struktur we Wszechświecie) Koalescencja czarnych dziur Dlaczego potrzebne jest modelowanie teoretyczne? Fala dochodząca do detektora jest bardzo słaba – aby wydobyć sygnał z szumu konieczna jest informacja o charakterystyce sygnału tzw. szablon Problem 2 ciał w ogólnej teorii względności nie jest rozwiązany i jest poza zasięgiem metod analitycznych – do konstrukcji szablonów konieczne są symulacje numeryczne

21 Astronomia fal grawitacyjnych model teoretyczny detektor analiza danych detekcja? TAK! Nie lub nie wiadomo bank szablonów sygnał sygnał

22 Trzy fazy koalescencji orbita spiralna koalescencja relaksacja

23 Numeryczne symulacje koalescencji czarnych dziur Równania Einsteina są bardzo złożone Wieloskalowy problem: - promień czarnej dziury R - promień orbity ~ 10R - strefa falowa ~ 100R Brak informacji a priori Duże wymagania hardwarowe: - teraflopowe i terabajtowe komputery - skala czasu pojedynczego rachunku ~ miesiąc GRAND CHALLENGE:

24 Pierwsza udana symulacja – Frans Pretorius (Caltech), listopad 2005

25 Fale grawitacyjne F. Pretorius, Class.Quant.Grav. 23 (2006) S529

26 M. Campanelli, C. Lousto, Y. Zlochower, Phys.Rev. D73 (2006)

27 Podsumowanie Wkrótce (<10 lat) otworzy się nowe okno na Wszechświat: astronomia fal grawitacyjnych fotony neutrina fale grawitacyjne Wielki Wybuch lat 1 sek sek 13 miliardów lat Nobel 2006

28


Pobierz ppt "Czarne dziury i fale grawitacyjne Piotr Bizoń IF UJ."

Podobne prezentacje


Reklamy Google