И вот пришло сообщение об открытии удаленной от нас на 2,6 млрд. св. лет системы, состоящей из двух сверхмассивных ЧД суммарной массой ~ 200 млн. Мс, вращающихся вокруг общего центра масс по орбите диаметром меньше 0,01 св. года. Понятно, что в обозримом будущем эти ЧД должны слиться в одну и сверхмощнейшая гравитационная волна нахлынет и на Землю. Зарегистрируют ли земные гравитационные телескопы (LIGO, Virgo и другие) эту сверхмощнейшую ГВ?
Как ни странно, ответ на этот вопрос может оказаться отрицательным. И вот почему.
Колебания гравитационного поля от упомянутого в начале поста слияния ЧД представляли собой цуг волн частотой от 50 (в начале цуга) до 230 (в конце его) герц. Тем самым, длина этих волн внутри цуга убывала от ~ 6000 км до ~ 1300 км (ГВ распространяются со скоростью света). Запомним эти числа.
Гравитационный радиус (радиус горизонта событий) ЧД прямо пропорционален массе ЧД. Для солнечной массы граврадиус ~ 2,95 км. Для упомянутой в начале поста ЧД граврадиус будет, очевидно, ~ 190 км. И, тем самым, длина окружности по "экватору" горизонта событий такой ЧД ~ 1200 км. Именно с этой окружности и пришел к нам конец цуга гравволн от слияния двух ЧД в одну.
Итак, мы видим, что длина последней волны в цуге гравволн практически равна длине "экватора" горизонта событий для результирующей ЧД.
Перейдем теперь к упомянутой двойной ЧД суммарной массы ~ 200 млн. солнечных масс.
Для результирующей после их слияния ЧД радиус горизонта событий будет ~ 600 млн. км ~ 2000 св. секунд. А длина "экватора" горизонта событий ~ 12000 св. секунд. Естественно поэтому ожидать, что максимальная частота колебаний гравитационного поля в такой волне будет ~ 1/12000 герца. А сама длина гравволны ~ 3,8 млрд. км.
Упоминавшиеся выше земные гравтелескопы способны измерять относительные смещения разнесенных внутри них на 4 километра пробных масс с погрешностью меньше одной тысячной размера протона. И измеряли для ГВ длиной в тысячи километров. Ибо они "видели" довольно быстрые изменения величины гравитационного поля. Но смогут ли такие телескопы заметить волновые изменения гравитационного поля в волне длиной в миллиарды километров и длительностью изменений во многие часы?
Сильно сомневаюсь в этом. Даже не столько по причине недостаточной чувствительности гравтелескопов, сколько по причинам множества событий и шумов на Земле за многие часы прохождения даже одной волны из длинного цуга гравволн. Таких, например, как мелкие землетрясения.
Вывод: Земные гравитационные телескопы не смогут зарегистрировать гравитационные волны от слияния сверхмассивных черных дыр.
Возможно, что приведенные под катом оценки и основанные на них выводы убедят не всех. Приведу простую им аналогию из нашей земной жизни. Вы сидите на холме близ океана и наблюдаете катящиеся по нему волны высотой пусть даже в полметра. И вы прекрасно видите эти волны. Ветер утих и поверхность океана стала гладкой. По нему уже не бегут волны? Отнюдь.
По океану непрерывно бежит приливная волна длиной в половину окружности Земли и высотой в несколько метров. Но эту волну как волну вы не видите. При должном терпении вы вопринимаете ее как приливы и отливы дважды в сутки. И вряд ли когда-либо вы представляли приливы и отливы как некое волновое явление. Ваши органы чувств просто откажутся в это поверить.
Аналогично нынешние земные гравтелескопы не будут воспринимать гравитационные волны длиной в миллиарды километров, возникающие от слияния сверхмассивных черных дыр, как волны. Их "органы чувств" просто их не увидят.
Journal information