Столкновение черных дыр и гравитационные волны

Гравитационные волны, обнаруженные LIGO 14 сентября 2015 года, объясняются столкновением двух черных дыр, которые вращались вокруг друг друга со скоростью, близкой к скорости света, непосредственно перед фактическим столкновением. Столкновение произошло 1,3 миллиарда лет назад, примерно в 1,3 миллиарда световых лет от нас, и, по-видимому, энергия столкновения превысила совокупную энергию всех звезд в наблюдаемой Вселенной.

LIGO смог обнаружить деформацию в ткани пространства, вызванную гравитационной волной, вызванной столкновением (или высокоскоростным вращением черных дыр непосредственно перед столкновением), даже если деформация была величиной в доли атомного радиуса. Причина, по которой деформация была такой «небольшой» к тому времени, когда волна достигла планеты Земля, заключалась в относительно большом расстоянии столкновения от Земли.

Вопрос : мог бы кто-нибудь квалифицированно оценить величину деформации пространства-времени, которую мы бы испытали на планете Земля, если бы столкновение произошло ближе к нам? Т.е. насколько близко должно произойти столкновение, чтобы деформация пространства-времени составила миллиметры? А метры? При какой величине деформации гравитационная волна будет опасна или смертельна для человека на планете Земля?

Брайан Грин описал гравитационно-волновую деформацию пространства-времени как временное «сжатие» или «сжатие» Земли (и всего, что на ней). Прав ли я, предполагая, что сжатие даже на 1 сантиметр потенциально может быть смертельным для всего живого на Земле?

Энергия столкновения не могла превышать всех звезд во Вселенной. Сила может, потому что сила — это энергия, разделенная на время, поэтому, если вы высвободите достаточно энергии за достаточно короткое время, вы можете получить огромную силу.
Не столкновение порождает предполагаемые гравитационные волны. Волны, по-видимому, излучаются перед столкновением, когда два тела кружатся вокруг друг друга.
Спасибо, @WhitePrime, пожалуйста, не стесняйтесь редактировать вопрос соответствующим образом.
Спасибо, @RossMillikan, также, пожалуйста, не стесняйтесь редактировать вопрос, чтобы сделать его более точным.
«Правильно ли я предполагаю, что сжатие даже на 1 миллиметр, вероятно, будет смертельным для всего живого на Земле?» Я так не думаю. Что значит для чего-то быть «сжатым» в этом смысле? LIGO измеряет расстояние в пустом пространстве, но что-либо твердое ощущается не более чем непреодолимая небольшая приливная сила, которая не оказывает на него большого влияния. Электромагнитные силы, удерживающие «вещь» вместе, намного сильнее.

Ответы (1)

Часть ответа проста. Деформация, измеренная в этом событии, составила около 0,25 × 10 − 21 . Это объект 1 м долго будет сжиматься 0,25 × 10 − 21 м в одном направлении и растянут на такую ​​же величину в ортогональном направлении.

Деформация падает линейно с расстоянием от черной дыры, поэтому для достижения искажения в 1 мм в чем-то размером с Землю (т.е. 8 × 10 − 11 это должно быть о 5 × 10 10 раз ближе, так о 0,03 световых лет, или около 2000 а.е. Две черные дыры массой в 30 солнечных плюс черные дыры на таком расстоянии довольно сильно разрушили бы Солнечную систему, прежде чем столкнуться.

Чтобы добиться искажения в 1 мм в чем-то размером с человека, они должны быть еще одним фактором 6 × 10 6 ближе, так о 30000 к м , ближе, чем геостационарная орбита. В этом случае у нас наверняка были бы проблемы посерьезнее, чем гравитационные волны.

Чего я не знаю, как рассчитать, так это энергии, поглощаемой Землей или человеком в одном из этих сценариев. Подозреваю, что не так уж и много, по крайней мере, от волны.

Добавлено позже: этот ответ дает общую энергию, проходящую через Землю (около 34 ГДж с черными дырами на их текущем расстоянии), но не дает представления о том, сколько поглощается. Это увеличилось бы согласно закону обратных квадратов, если бы черные дыры были ближе.

Поглощенная энергия, вероятно, является действительно сложной частью. Гравитационные волны должны будут каким-то образом соединиться с акустическими волнами.
Когда вы говорите, что «напряжение падает линейно с расстоянием от черной дыры», почему черные дыры должны быть ближе, чтобы воздействовать на людей на 1 мм, чем на Землю на 1 мм? Люди живут на Земле: следовательно, люди и Земля всегда находятся на «одинаковом» расстоянии от черных дыр: разве они оба не должны быть одинаково напряжены?
@JanStulter Земля больше людей. Искажение объекта данной деформацией пропорционально размеру объекта.
@SteveLinton: я как-то предположил, что искажение, вызванное гравитационными волнами, не зависит от размера объекта. Если подумать об океанских волнах, то они поднимут нефтяной танкер так же, как и человеческое тело, когда пройдут под этими «объектами». Я интуитивно полагал, что гравитационные волны, проходящие через пространство-время, будут точно так же «колебаться» в объектах.
@JanStuller довольно оригинальная (и в чем-то разумная) идея, но неправильная в отношении гравитационных волн.
@JanStuller думает вместо звуковых волн в воде. Вода попеременно сжимается и растягивается. Мягкая медуза, плавающая в воде, будет сжиматься или растягиваться пропорционально ее размеру. Другое соображение заключается в том, что длина волны довольно велика, по крайней мере, сравнима с Землей.
@JanStuller Это разумное интуитивное предположение, но помните, что на самом деле генерируется много волн, а не одна. Каждый раз, когда две черные дыры вращаются вокруг друг друга, они создают новую волну, так что это действительно волна с частотой (медленно увеличивающейся до слияния), а не одиночная рябь.
Спасибо за это замечание, @KevinWells: могу ли я задать дополнительный вопрос: если вращающиеся вокруг черные дыры генерируют волны с определенной частотой, то почему LIGO только что зарегистрировал одно единственное возмущение? Возможно, фактическое столкновение породило одну большую волну (рябь), в то время как движение по орбите породило волны с частотой, которую, однако, невозможно обнаружить к тому времени, когда они достигают Земли?
@JanStuller LIGO обнаружил короткий всплеск волн. См ., например, ligo.caltech.edu/video/ligo20160211v2 . Интенсивность и частота увеличиваются по спирали черных дыр внутрь, а затем быстро затухают после их слияния.
@SteveLinton: Я полагаю, что черные дыры должны были вращаться вокруг друг друга в течение многих месяцев (если не лет), создавая гравитационные волны. Почему тогда LIGO зафиксировал только короткий всплеск волн? Будет ли это большая волна, исходящая от фактического столкновения?
@JanStuller Чем ближе они вращаются (и, следовательно, чем быстрее), тем интенсивнее излучаемые ими гравитационные волны (довольно сильно), а также тем выше частота, что облегчает их обнаружение. Если бы наши детекторы были более чувствительными и к более низким частотам, мы могли бы обнаружить их раньше.
Столкновение черных дыр и гравитационные волны
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v