ДЕТЕКЦИЈА НА ГРАВИТАЦИОНИ БРАНОВИ ОД OJ287 PDF Печати Е-пошта
Напишано од Александар Шулевски   
Среда, 24 Јуни 2009 23:10
     Она што следува е краток опис на истражувањето на кое работев изминатава година. После објавениот напис во списанието „Природа“ (Nature) во Септември 2008, се решив да испробам еден нов метод на овој систем. За што станува збор? Објектот OJ287 е блазар кој е оддалечен околу една милијарда светлосни години од Земјата. Уште од поодамна се знае дека е со променлив сјај. Причините за промените се извор на долгогодишна дебата. Тим од астрономи од Финска предложи дека набљудуваните промени во сјајот би можеле да се објаснат ако се претпостави дека во срцето на објектот се наоѓа бинарен систем од супермасивни црни дупки. Едната со маса од 18 милијарди сонца, а другата од околу 100 милиони сонца.
 
 

 
     Се чини дека таквата конфигурација ја објаснува промената на сјајот. Но, ако ваквиот систем од црни дупки постои, тогаш би требало да зрачи гравитациони бранови. Предложената орбита е со период од 12 години, а ексцентрицитетот на орбитата е 0.663. Па, кога двата објекти се најблиску, системот би требало да произведе еден импулс на гравитациона енергија која ќе замине од него со брзина на светлината. Сакав да знам дали тоа бранување на простор-времето би било можно да се набљудува на Земјата. Масите на објектите се огромни, но системот е многу далеку... Бидејќи мои колеги се занимаваат со детекџија на гравитациони бранови користејќи пулсари, мислев дека ќе биде добро да се проба тој метод.

     Најпрво малку објаснување. Според општата теорија на релативноста (ОТР) на Ајнштајн, она што ние го доживуваме како гравитација е всушност закривеност на простор времето. Простор време е концепт кој го опишува 3D просторот во кој живееме, и времето. Во рамките на ОТР, тие се еден ентитет наречен простор-време. Сега, кога многу масивни објекти се во движење, тие не само што го искривуваат простор-времето, туку создаваат и мали бранчиња во него кои се шират насекаде со брзина на светлината. Тие се гравитационите бранови. Пулсарите се многу мали но многу густи и тешки ѕвездени јадра. Создаваат силни магнетни полиња, и исфрлаат млазеви на честички и зрачење од (две) строго опредеени точки на својата површина. Овие објекти брзо ротираат, па ако тој млаз ја погоди Земјата, ние гледаме блесоци еднаш на секое завртување на пулсарот. како овие два концепти би се поврзале? Па, светлината патува по точно определени патеки низ простор времето. Ако тоа е макар и малку искривено, тогаш на светлината ќе и треба повеќе време за да стигне од пулсарот до Земјата. Така, ако набљудуваме еден пулсар подолго време, и знаеме точно кога неговите импулси на светлина треба да пристигнат, а тие задоцнат, тогаш ако немаме друго објаснување зошто задоцниле, причината може да биде гравитационен бран кој поминува помеѓу Земјата и пулсарот.
 
 

 
     Најпрво, треба да се пресмета колку гравитационите бранови кои ги емитува изворот OJ287 би го задоцниле импулсите во однос на предвиденото време на пристигнување. Бидејќи системот е масивен, а и орбитата не е кружница, користиме малку модифицирана теорија на гравитација која ги зема во предвид и релативистичките ефекти. Потоа, се пресметува колквава е јачината на закривувањето на простор-времето на местото каде што се наоѓа пулсарот кој го набљудуваме, и на местото на кое се мерат импулсите емитувани од пулсарот (Земјата). Го интегрираме тој ефект за цело време на набљудувањето, и ги одземаме овие две влијанија. Како резултат се добиваат задоцнувањата. Прикажани се во наносекунди во однос на времето на набљудување изразено во модифицирани Јулијански денови (MJD). Можеме да видиме дека задоцнувањата се екстремно мали. Се на се, две нано секунди. Тоа е навистина кратко доцнење. Моментално не постои радио телескоп на зенјата кој може да го измери. Значи, не може сеуште директно да измериме дали навистина системот на OJ287 зрачи гравитациона енергија. Но, можеме да симулираме нешто.

     Ако на вака пресметаните доцнења додадеме (Гаусов) шум, можеме да ги сметаме како „набљудувања“. Па, будејќи ги имаме пресметаните доцнења, може да направиме анализа и да испитаме дали орбиталните параметри на системот од црни дупки можат да се дознаат од ваквата анализа.
 
 


     Користам баесов пристап, и проблемот е формулиран преку функција на очекување. Кога таа функција ќе се пресмета, можеме да ја маргинализираме по сите останати параметри (вкупно шест во случајов) и да ја пронајдеме вредноста на еден од параметрите. Ова се повторува онолку пати, колку што е бројот на параметри кои сакаме да ги извлечеме од моделот. Проблемот е што процесот на маргинализација е всушност интегрирање на функцијата на очекување, а таа е доста компликувана. дури и во случај на мал број на параметри, класичните техники на интеграција со мрежа на пример би одзеле многу време. Затоа е употребен Монте Карло методот, но малку изменет (Метрополис варијанта со Марков процес кој помага при интеграцијата). На тој начин, се задржуваме само на важните места во доменот на интеграција. Резултатите се прикажани подолу. Се гледа дека и во случај на разгледување на само два параматри, функцијата на очекување е сосема грозна за интеграција. Прикажани се два случаи на извлечените параметри. Во првиот, извлекувањето е успешно, додека во вториот обид, не баш.
 
 

     Ако ги прикажеме формите на задоцнувањата на импулсите за двата случаи, очигледно е дека првиот релативно добро ги пронаоѓа орбиталните параметри од интерес.
 
 
 
     Заклучок е дека баесовиот метод на анализа заедно со Монте Карло - Метрополис методот на интеграција не е баш најсоодветен метод за анализа на вакви детерминистички извори на гравитациони бранови. А треба и да се потсетиме дека и самите задоцнувања се неверојатно мали, според пресметките. Со сегашното темпо на развој на потребните инструменти, за околу 10 години ќе ја имаме потребната прецизност за да извршиме вакви мерења.

Извинување за англиските ознаки на сликите.
Последно освежено на Среда, 24 Јуни 2009 23:20