В 70-е годы, после открытия знаменитого Тейлоровского двойного радипульсара PSR 1913+16, стало ясно что в природе идут реакциии слияния нейтронных звезд:
NS + NS => BH + GW
Дело в том, что двойной радиопульсар - система состоящая из двух нейтронных звезд - сближается в точном соответствии с формулой Эйнштейна излучения гравволн, - причем это сближение произойдет за время меньше космологического!
Кроме того, если мощность грав-волны в других процессах вообще неизвестна, тот здесь все вычисляется с небесно-механической точностью.
Кроме того, как однажды я заметил - слияние релятивистских звезд самый мощный процесс во Вселенной!
Смотрите, давайте возьмем 2 массы, и столкнем их с максимальной скоростью с.
Мощность этого процесса будет равна
L = E/tmin ,
tmin = Rmin/c,
а минимальный размер Rmin любого тела это его гравитационный радиус:
Rmin = Rg = 2GM/c2
Подставляя на школьный манер одно в другое, получаем максимально-возможную светимость процессов во Вселенной: L =c5/G
.
Эту мощность Эйнштейн называл естественной светимостью. Но удивительно , что если взять планковскую энергию:
EPl = (hc5/G)1/2 =1,22·1028 эВ
и разделить на планковское время:
tPl = hG/c5 = 5,391 16·10−44 с
то опять получится естественная светимость! Это обстоятельство я обнаружил еще 80-е годы ( Lipunov, Vulcano Workshop, 1992):
L_max = EPl / tPl = c5/G
. !
(Конечно это не инвариантная величина - но поскольку релятивистские звезды как правило не приближаются к нам по Вселенной с прямолинейными скоростями порядка скорости света, то это не важно).
Но именно при столкновении релятивистских звезд так и происходит - наиболее компактные тела сталкиваются за минимально возможное время.
Так стало ясно - что двойные системы - лучший астрофизический источник грав-волн!
Но вот, какие именно релятивистские звезды наиболее вероятны как источник гравсигнала на детекторе - это было непонятно.
Понимая, что результат эксперимента LIGO зависит от того на какой частоте будет максимум его чувствительности, мы решили вынести результат нашей работы прямо в её название. Смотрите - частота гравитационной волны излучаемая двойной системой определяется частотой ее обращения.
По третьему закону Кеплера:
P2/A3 ~ (M1 +M2)
Короче говоря, частота - обратный период - прямо пропорциональна корню из суммы масс, и обратно пропорциональная расстоянию между звездами в степени 3/2. В тоже время наименьшее расстояние прямо пропорционально массе (гравитационный радиус Шварцшильда).
И получается, что максимальная частота двойной системы будет в момент соприкосновения - слияния компонент:
Частота ~ 1/(M1 +M2)
Поскольку черные дыры могут быть в 10-ки раз массивнее, то и частота их будет в 10 раз ниже, чем у нейтронных звезд. Оценки показывали, что первые события должны лежать в районе 100 - 200 Герц! А не 1500Гц, характерных для нейтронных звезд. То есть гравитационный детектор должен иметь широкую настройку! А это вопрос денег и времени!
Например, японцы и немцы, да и все твердотельные приемники первоначально настраивались на килогерцы.
А из наших расчетов следовало, что нужно 100 Гц.
Статья в ПАЖ
Статья в NewAstron
Статья в MNRAS
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
