Как столкновение нейтронной звезды превращает массу в гравитационные волны?

Я слышал по радиочасу TED, что при столкновении нейтронных звезд, которое недавно обнаружил LIGO, часть массы нейтронных звезд превратилась в энергию в виде гравитационных волн. Как это работает?

Поскольку вы не спрашиваете о черных дырах, возникает вопрос: как звезды теряют массу при сохранении барионного (и лептонного) числа?
Какой уровень физики и математики вы хотите использовать в объяснении? Это очень широкий вопрос, поскольку он включает в себя множество различных элементов: почему гравитационные волны вообще существуют, почему их производят сталкивающиеся нейтронные звезды и почему их излучение преобразует массу в энергию. Написание подробного ответа на все три вопроса не обязательно является хорошим использованием времени людей, если оно не будет на том уровне, который вам нужен.

Ответы (2)

Это не слишком сложно понять. На самом деле, применение даже ньютоновской интуиции даст ответ, являющийся разумным (качественным) приближением к (всегда сложной) релятивистской реальности.

Проще говоря, это можно рассматривать как два процесса:

  1. Взаимное гравитационное притяжение ускоряет два объекта. В ньютоновских терминах силы гравитации работают, когда спираль сжимается (преобразовывая потенциальную гравитационную энергию в кинетическую энергию).

  2. Когда две нейтронные звезды вращаются в гравитационном поле друг друга, создаются гравитационные волны. (Этот бит явно релятивистский и не имеет надлежащего ньютоновского аналога, но если хотите, можете подумать о том, как движущиеся электрические заряды генерируют электромагнитные волны.) Этот процесс берет кинетическую энергию от движущихся нейтронных звезд и превращает ее в гравитационное излучение.

Это в значительной степени подводит итог тому, что происходит. Конечно, это некоторое упрощение. В общей теории относительности такие вещи, как кинетическая и потенциальная энергия, не имеют хороших локальных определений, что значительно усложняет описание.

Обратите внимание, что в отличие от предположений, сделанных в комментариях, барионное число нейтронных звезд не меняется во время вдоха. В частности, энергия, излучаемая в гравитационных волнах, возникает не за счет преобразования массы покоя, а за счет увеличения энергии связи системы.

Я понимаю, что два приведенных выше пункта не дают полного ответа на вопрос: «Как столкновение нейтронной звезды превращает массу в гравитационные волны?». Недостающий ингредиент состоит в том, что гравитационная масса системы в целом определяется выражением

(общая масса покоя) − (энергия связи) с 2 ,

следовательно, увеличение энергии связи означает уменьшение гравитационной массы.

Да, это та часть, которая имеет для меня смысл, превращение энергии в гравитационные волны. Они представили это так, как будто некоторые нейтроны трансформировались в гравитационное излучение. Это было бы странно... Похоже, выбор слов, которые они использовали в TED Radio Hour, несколько вводил в заблуждение...

Короткий ответ: никто не знает. Когда вы говорите, что масса превращается в энергию в форме гравитационных волн, вы говорите о массе в виде нуклонов (нейтронов), которые каким-то образом преобразуются в кванты гравитационных волн (гравитоны). С этой точки зрения вопрос превращается примерно в «какова квантовая природа гравитации?», и это открытый вопрос. Причина в том, что для нас понимание преобразования нейтронов в гравитоны предполагало, в некотором эффективном смысле, связь между двумя полями, в частности, оператор в лагранжиане, который порождает вершину, содержащую фермионы стандартной модели и некоторое квантовое гравитационное поле ( обычно считается неким безмассовым полем со спином 2). Но на самом деле такая теория далека от полного воплощения.

В принципе, система может терять массу без изменения количества нуклонов (или любого другого количества частиц). Потому что массу системы нельзя найти, сложив массы частей. Это регулярно происходит с ядрами, верно?
Очевидно, что преобразование потенциальной гравитационной энергии в гравитационные волны можно назвать преобразованием «масса-энергия», но это всего лишь игра слов. Я предполагаю, что ОП хотел знать, преобразуется ли масса покоя в гравитационную энергию.
Как столкновение нейтронной звезды превращает массу в гравитационные волны?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v