Painovoima-aaltojen ja valon nopeus

Aloittaja rintape, 17.10.2017, 09:28:32

« edellinen - seuraava »

rintape

Eilisestä uutisesta, joka koski havaittua neutronitähtien törmäystä, jäi yksi lause askarruttamaan:

"Gammasäteet nähtiin noin kaksi sekuntia painovoima-aaltoja myöhemmin."

Fiksumpi kaveri pystyisi varmaan tuosta päättelemään jotain syvällistä. Eli miten tuo on mahdollista ja mitä se merkitsee?

t. Petri
Petri Rintala, Espoo
Panasonic DMC-GX8
Draco 80/500 APO
Celestron CGEM
QHY8L

JVO

yksi ehdotus on ainakin se että valonsäteet yksinkertaisesti syntyvät myöhemmin törmäysprosessissa kuin painovoima-aallot. ilmeisesti galaksienvälinen aina on niin harvaa että se ei hidasta valoa edes tuon vertaa.

Kaizu

En tiedä minkä kokoinen "pöllähdys" törmäyksestä syntyi mutta voi olla että gammasäteet ovat päässeet ulos vasta "savun" hälvettyä.

Kaizu
Kai Forssen

rintape

YLE uutisvahdin mukaan tulivatkin toisin päin. Painovoima-aallot havaittiin 1,7 sekunttia myöhemmin.
Petri Rintala, Espoo
Panasonic DMC-GX8
Draco 80/500 APO
Celestron CGEM
QHY8L

mistral

Neutronitähdillä tuskin on kaasukehää joten pyöriessään toistensa ympäri, kaasusiltaa ei ole. Vasta kosketuksessa neutronipuuro alkaa säteilemään törmäysenergiaa. Gravitaatioaaltoja tulee jo ennen törmäystä. En sitten tiedä onko magneettikentillä jotain osuutta säteilyyn, tai vuorovesivoimilla...

Eusa

Lainaus käyttäjältä: rintape - 17.10.2017, 16:35:29
YLE uutisvahdin mukaan tulivatkin toisin päin. Painovoima-aallot havaittiin 1,7 sekunttia myöhemmin.
Oikeasti tapahtui niin, että gravitaatioaaltojen voimakkaimman hetken jälkeen n. 1,7 sekunnin kuluttua saatiin n. parin sekunnin gammapurkaushavainto.

Erään panelistin selitysyritys taisi olla, että neutronitähtien pyörimisen sekoittuminen sai purkauskartiot huojumaan ja meitä kohti kartio heilahti pienellä viiveellä.

Toinen malli kertoo, että vasta yhteensulautumisen paineen ympäryskaasuun paiskoma aine saa aikaan raskaiden alkuaineiden syntymistä ja gammasäteilyä. Koska aine liikkuu valoa hitaammin, muodostuu ilmiöiden välille viivettä.

Itse pidän jälkimmäistä ideaa todennäköisempänä. On siis vielä selvitettävä syntyykö olellisesti gammasäteily napakartioissa, vyössä vai jonkinlaisen ketjureaktion ja edellisten yhdistelmänä...

Sitten asiaan liittyy vielä kohteen optinen sinervä kirkastuminen ja sen jälkeinen punertuminen ja himmeneminen.

mistral

Lainaus käyttäjältä: mistral - 17.10.2017, 22:53:15
Neutronitähdillä tuskin on kaasukehää joten pyöriessään toistensa ympäri, kaasusiltaa ei ole.

Aamulla tuli ajatus jospa kaasusilta olisi kuitenkin mahdollinen. Syynä voisi olla se kun tähtien välissä gravitaatio on heikko koska niiden voima kumoaa osittain toisensa toisensa, niin se saisi neutronipuuron kiehumaan ja edelleen muuttumaan tavalliseksi aineeksi. Ja osa tästä aineesta ajautuisi kaasusillalle missä suuri nopeus saisi sen hehkumaan gammasäteilyä. Tosin tämä teho on nappikauppaa siihen verrattuna kun tähdet törmäävät toisiinsa.

mistral

Parin päivän takainen T&A uutinen pani taas miettimään.

Top 5 - mitä olemme oppineet gravitaatioaalloista

Painovoima-aallot nousivat viikolla vahvasti otsikoihin ympäri maailman uusimman löydön myötä. Myös fysiikan Nobel-palkinto kertoi ilmiön merkityksestä. Mutta mitkä ovat tärkeimmät asiat, jotka olemme oppineet kaikkeudesta painovoima-aaltojen ansiosta?

New Scientist käsitteli aihetta listaamalla viisi keskeistä viestiä.

1. Avaruus venyy koko ajan. Albert Einstein ennusti jo sata vuotta sitten painovoima-aaltojen olemassaolon, mutta ensimmäinen varsinainen havainto niistä julkaistiin vasta viime vuonna.

Uusien havaintojen myötä olemme oppineet, että maailmankaikkeudessa risteilee koko ajan näitä avaruutta venyttäviä ja puristavia aaltoja.



Olen vieläkin epävarma, tarkoittaako avaruuden puristaminen ja venyttäminen tässä kirjaimellisesti avaruuden puristamista vai kappaleiden puristamista avaruudessa?
Nopeuden aiheuttamassa pituuskontraktiossa avaruus itse lyhenee, tämä on varmaa. Mutta onko g-aaltojen tapauksessa siitä kyse?  Jos havainnollistaa asia kuvitteellisella tavalla, otetaan miljardi kilometriä pitkä rautatiekisko ja laitetaan sen toinen pää gravitaatiotähtiparin lähelle. Kiskon päähän pultataan auton istuin turvavöineen. Oletetaan ettei kisko jousta yhtään ja se on ulkopäästä "lukittu" avaruuteen eikä saa mennä gravitaation mukana. Kun ihminen on istuimessaja tähti pyyhkäisee ohi, tuntuu sen gravitaatio voimakkaasti. Kun molemmat tähdet on yhtä kaukana, on heikoin gravitaatio. Kun tähdet syöksyvät törmäykseen, sykli on monta kierrosta sekunnissa. Relativistisessa nopeudessa alkaa tulla voimakkaita gravitaatioaaltoja.

Jos otetaan tilanne 1 kierros minuutissa. Silloin 2 tähteä tuottaa maksimin 30s välein.

Tilanne jossa  on 1 kierros sekunnissa, silloin maksimi on 1/2s välein. Tässä ollaan jo relativistisessa nopeudessa mikä tuottaa voimakkaita aaltoja.

Kysymys: onko relativistisessa tilanteessa muuta eroa kuin se että aallot on lyhyempiä ja jyrkempiä vai tuleeko mukaan vielä suurempi aallonkorkeus?


Hitaassa tilanteessa ihminen kokisi kerran 30s maksimin, relativistisessa tilanteessa 2 maksimia sekunnissa, mutta olisiko suuremman aallonkorkeuden takia kovempi ravistelu?

jussi_k_kojootti

Lainaus käyttäjältä: mistral - 22.10.2017, 20:44:04
Olen vieläkin epävarma, tarkoittaako avaruuden puristaminen ja venyttäminen tässä kirjaimellisesti avaruuden puristamista vai kappaleiden puristamista avaruudessa?

Tarkoittaa kirjaimellisesti avaruuden puristamista.
jussi kantola / oulun arktos
CG-5 GOTO + KWIQ-guiding + SW80ED  // 10" dobson // canon eos 450d mod & 400d / ASI 120MM
http://astrobin.com/users/jussi_k_kojootti/
http://oulunarktos.fi/

mistral

Tiedetuubissa oli jotain aiheesta 12.2.2016:

Gravitaatioallot: Hawkingilla oli oma lehmä ojassa - melkein

Alan pioneeri Joseph Weber ilmoitti havainneensa gravitaatioaaltoja jo vuonna 1969. Hänen rakentamassaan ilmaisimessa oli kaksi tyhjiöön ripustettua alumiinitankoa. Ajatuksena oli, että ilmaisimen ohittava gravitaatioaalto venyttää ja kutistaa tankoja siten, että ne alkavat värähdellä tietyllä taajuudella. Ja mielestään Weber oli mitannut juuri oikeanlaista värähtelyä.


Tässä siis tangot kutistuu mutta voihan se johtua avaruuden kontraktiostakin.


Palaan vielä edelliseen viestiini, siinä ajattelin että gravitaation maksimi on kun tähti on lähimpänä ihmistä eli kun etäisyys on minimissä. Tulin kuitenkin toisiin ajatuksiin. Suhteellisuusteoriassa kappaleen massa kasvaa äärettömäksi kun liikkuu valon nopeudella suhteessa toiseen kappaleeseen. Itse kappaleen omamassa pysyy vakiona mutta sen kiihdyttämiseen tarvittava energia nostaa "kokonaismassan" äärettömäksi. Kun nyt tähdet kiertävät toisiaan ja saavuttavat relativistisen nopeuden, on niiden massa huomattavasti suurempi kuin lepomassa. Tämä relativistinen massa gravitoi vain niihin suuntiin mihin liike kulkee, ei sivullepäin. Sivullepäin nopeus ihmiseen saattaa olla nollassa, eli tähti ei tule kohti eikä mene poispäin, siinä gravitoi vain omamassa. Suurin gravitaatio siis tulee kun tähti lähestyy kohtisuoraan ihmistä, tai etääntyy kohtisuoraan poispäin.

Kun tähti kaartaa, sen tuottama maksimi on vaan ehkä 1/1000 osa sekuntia tai lyhyempi, miten pieneen haarukkaan sitten haluaa maksimin rajata. Ihmisparka joutuu siinä höykytyksessä koville.

Tässä olen vaan kuvannut ilmiötä yhdeltä kantilta, en sano että ihminen tuossa kokee saman laatuisen ilmiön kuin LIGO. Jos LIGO kokee eri ilmiön, se on edelleenkin hämärän peitossa.

Kaizu

Suosittelen Janna Levinin kirjaa Mustan aukon blues. Siinä kerrotaan gravitaatioastronomian alusta ja miten LIGOn herkkyyttä aikojen saatossa parannettiin niin että lopulta sillä havaittiin gravitaatioaaltoja. Weberin alumiinisylinterin herkkyys ei ylttänyt LIGOn ensimmäisten harjoitelmien tasolle. Muut eivät ole onnistuneet toistamaan Weberin havaintotuloksia.
Kirja on kirjoitettu pikkuisen ennen ensimmäistä havaintoa mutta kuitenkin niin että havainto varmistui ennen painoon menoa ja kerkisi mukaan epilogiin. Nyt kun on vielä VIRGO niin saadaan jollain tarkkuudella määritettyä gravitaatioaaltojen lähteen suunta ja voidaan yhdistää mahdollinen optinen- tai gammaväläys gravitaatiohavaintoon.

Kaizu
Kai Forssen

mistral

Luin Levinin kirjan joskus keväällä, samoin Higgsin hiukkasen kirjan, kirjastosta löytyi.

Tietysti Ligon laite elää gravitaatioaallon mukana, se ero on verrattuna ihmiseen joka on ratakiskossa kiinni. Ihminen tunteen voiman, Ligo mittaa tuntematta mitään voimaa, onhan siinä iso ero. Mutta samaa aaltoa voidaan mitata eri tavoilla. Ligon periaate on mitata laserin aallon vaiheen muutosta mikä on hyvin tarkka mittapuu. Ketarax sanoi että g-aalto muuttaa avaruuden pituutta ja siksi laserin aallosta näkee pituusmuutoksen. Toinen tapa selittää pituusmuutos on ajatella että g-aallon eri vaiheissa vaikuttaa eri voimainen kenttä ja jos kilometrien päässä olevissa peileissä on eri kenttä, ne lähestyvät tai hylkivät toisiaan, mikä näkyy laserin vaiheessa.

Itse g-aallon muodostuminen on vaikea ymmärtää. Kun vene tekee aallon, sen vielä jotenkin ymmärtää mutta g-aalto on vaikea asia.

Mare Nectaris

Ligon mittaustarkkuus on myös vaikea inhimillisessä mittakaavassa käsittää. Viimeisimmän 17.8.17 löydön tiedotustilaisuudessa hiljattain tutkija vertasi mittaustarkkuutta siihen että Maan ja Alfa Kentaurin etäisyys pystyttäisiin mittaamaan hiuksen paksuutta tarkemmin. Ja nykyisen huoltoseisokin aikana tuo tarkkuus paranee kaksinkertaiseksi.
Timo Keski-Petäjä


SW Evostar 120 ED APO*TAL 250K*C8-N*SW 150 Pro*TAL 1 (Mizar)*Celestron Ultima 80*EQ6 Pro Eqmod + TS dual mount*CG-5 GOTO*TV: Nagler Type 4 17 mm, Panoptic 24 mm*Baader Hyperion Clickstop-Zoom 8-24*17 mm UWA-70*TV BIG 2x Barlow*Celestron 2x Barlow Ultima SV Series*TAL 3x Barlow*TS 5 x APO Barlow*TS CCD lunar camera

jussi_k_kojootti

#13
Lainaus käyttäjältä: mistral - 24.10.2017, 00:56:25
Tässä siis tangot kutistuu mutta voihan se johtua avaruuden kontraktiostakin.

Aika-avaruudessa lilluvat kappaleet kyllä "tuntevat" avaruuden metriikan muutokset -- siihenhän LIGOkin perustuu -- mutta aalto ei mitenkään erityisesti kohdistu kappaleisiin (vaan metriikkaan).  Jos aatellaan vaikka vetymolekyyliä, H2 eli H-H, niin tuo vetyatomien sidosta kuvaavan viivan pituus fluktuoi painovoima-aallon kulkiessa molekyylin läpi.  Siis ihan vaan koska hetkellisesti pikometri ei sillä kohtaa olekaan sama kuin "staattisessa" tilanteessa. 

(Vetymolekyylin sidospituus määrittyy käytännössä kokonaan SM-vuorovaikutuksesta (QED), ja periaatteessa tästä seuraa se että molekyyli "vastustaa" sidospituutensa muuttumista, ja myös onnistuu siinä -- SM on paljon vahvempi kuin gravitaatio, jne.  Aivan kuten SM-vuorovaikutus pitää huolen siitä, ettei maailmankaikkeuden laajeneminen laajenna meitä, tai gravitaatio huolen siitä ettei aurinkokunnat tai galaksit laajene.  Siis vaikka molekyyliemme väliin syntyy avaruutta Hubblen vakion mukaisesti ihan siinä missä kaikkialle muuallekin.)

'Puristuminen' ei välttämättä ole paras sana kuvaamaan kappaleiden kokemia muutoksia (painovoima-aallon osuessa) yleisessä tapauksessa, 'leipominen' tai 'vaivaaminen' voisi toimia paremmin .
jussi kantola / oulun arktos
CG-5 GOTO + KWIQ-guiding + SW80ED  // 10" dobson // canon eos 450d mod & 400d / ASI 120MM
http://astrobin.com/users/jussi_k_kojootti/
http://oulunarktos.fi/

jussi_k_kojootti

Lainaus käyttäjältä: Joksa - 24.10.2017, 19:52:39
Tuntuisi että tämä kaipaisi vielä täsmennystä... Aika-avaruuden juuri havaittavissa oleva aaltoilu käsittääkseni 'värisyttelee' hieman aineeseen kohdistuvaa gravitaatiovaikutusta mutta sen vaikutus minkään kiinteän kappaleen muotoon lienee huikeasti alle Plancin mitan?

Nelikilometrisen LIGOn varsien pituudet muuttui ensimmäisessä mitatussa aallossa n. 10⁻¹⁸m, ja ~13000km halkaisijaltaan oleva Maapallo n. 10⁻¹³m, eli karkeasti sata femtometriä, tai sadan protonin halkaisijan verran (mutta vain sadasosan vetyatomin halkaisijasta).  Planckin mittaa vähemmän vaivautuu protonin kokoluokkaa olevat jutut, mutta en oikeastaan sanoisi niitä kappaleiksi, tai ainakaan kiinteiksi kappaleiksi :-)

Lainaa
Voimakkaat gravitaatiomuutokset aikaansaavat muodonmuutoksia plastisiin kappaleisiin (tähdet, planeetat ja niiden kuut, vrt vuorovesivoima), mutta kiinteää rautaa koossa pitävien voimiin vaikuttaminen edellyttää niin valtavaa gravitaatiovaikutusta että sen huomaisi kai jo ilman mitään antureitakin..?

Sidospituudet aineessa ovat tyypillisesti kokoluokkaa 10⁻¹⁰m ja variaatio prosentteja.  Sidospituuden tuplaaminen rikkonee sidoksen kaikissa tapauksissa.  Eli jos painovoima-aalto siirtää atomia n 10⁻¹⁰m, sidos varmastikin katkeaa.  Painovoima-aallon aiheuttaman rasituksen (strain) pitäisi siis olla ~1;  havaituissa se on ollut luokkaa 10⁻²⁰. 

Ensimmäisen havainnon tuottanut mergeri olisi pitänyt tuoda 10000km päähän, jos olisi halunnut "hajottaa ainetta".  Eipä painovoima-aalloista siis ainakaan häiveaseiksi liene.

(Laskelma on täysin epärealistinen -- atomin ajatellaan "pomppaavan" silmänräpäyksessä painovoima-aallon huippupisteen kohdalla jne -- mutta kyllä siitä mittakaavan kai voi käsittää)

Lainaa
Mittojen muuttumisajatus vaikuttaa mystiseltä, miten gravitaatiovaikutuksen värähtely sellaista aiheuttaisi?

Keväällä keskusteltiin aika laajalti geometriasta, gravitaatiosta, metriikasta, kaareutumisesta.  Sillä tavalla.
jussi kantola / oulun arktos
CG-5 GOTO + KWIQ-guiding + SW80ED  // 10" dobson // canon eos 450d mod & 400d / ASI 120MM
http://astrobin.com/users/jussi_k_kojootti/
http://oulunarktos.fi/