Gelombang Gravitasi
Gelombang gravitasi adalah riak dalam kelengkungan ruang-waktu yang bergerak dengan kecepatan cahaya, dihasilkan oleh massa yang berakselerasi seperti objek kompak yang mengorbit, dan kini telah terdeteksi secara langsung, membuka jendela baru ke alam semesta.
Definition
Gelombang gravitasi adalah gangguan transversal yang merambat dari metrik ruang-waktu, solusi dari persamaan Einstein yang dilinearisasi, yang membawa energi dan momentum menjauh dari distribusi massa yang berakselerasi dan tidak simetris secara sferis serta meregangkan dan memampatkan jarak antara massa uji yang jatuh bebas.
Scope
Area ini mencakup teori radiasi gravitasi: persamaan Einstein yang dilinearisasi dan solusi gelombangnya, dua polarisasi transversal dan efek gelombang yang lewat pada massa bebas, rumus kuadrupol untuk emisi, sumber astrofisika, dan teknik interferometer laser serta penentuan waktu pulsar yang digunakan untuk mendeteksi gelombang dan membaca sifat-sifat sumbernya.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana persamaan Einstein memprediksi solusi mirip gelombang, dan seberapa cepat gelombang tersebut bergerak?
- Jenis sistem astrofisika apa yang memancarkan gelombang gravitasi yang dapat dideteksi?
- Bagaimana distorsi ruang-waktu yang sangat kecil tersebut dapat diukur?
- Astrofisika baru apa yang terungkap dengan mendeteksi gelombang gravitasi?
Key concepts
- Persamaan Einstein yang dilinearisasi
- Tolok ukur transversal-tak berbekas
- Dua polarisasi (plus dan silang)
- Rumus kuadrupol
- Regangan
- Astronomi multi-messenger
Key theories
- Gravitasi yang dilinearisasi dan solusi gelombang
- Memperluas metrik di sekitar ruang-waktu datar dan memilih tolok ukur yang sesuai mereduksi persamaan Einstein menjadi persamaan gelombang, yang solusinya adalah gelombang gravitasi transversal, tak berbekas dengan dua polarisasi yang bergerak dengan kecepatan cahaya.
- Rumus kuadrupol
- Pada orde utama, luminositas gelombang gravitasi suatu sumber ditentukan oleh turunan waktu ketiga dari momen kuadrupol massanya, sehingga hanya distribusi massa non-sferis dan berakselerasi yang memancarkan radiasi, dan emisinya umumnya sangat lemah.
Clinical relevance
Astronomi gelombang gravitasi telah menjadi ilmu observasional: deteksi lubang hitam dan bintang neutron yang bergabung menguji relativitas umum dalam rezim medan kuat dan dinamis, mengukur massa dan putaran objek kompak, menyediakan jalur independen untuk laju ekspansi alam semesta, dan, ketika dipasangkan dengan cahaya, memungkinkan studi multi-messenger tentang ledakan kosmik.
History
Einstein memprediksi gelombang gravitasi pada tahun 1916 dan lama meragukan keberadaannya; bukti tidak langsung berasal dari peluruhan orbit pulsar biner Hulse-Taylor pada tahun 1970-an, dan setelah puluhan tahun pengembangan detektor, interferometer LIGO melakukan deteksi langsung pertama penggabungan lubang hitam pada tahun 2015, yang diakui dengan Hadiah Nobel 2017.
Debates
- Realitas dan energi gelombang gravitasi
- Selama beberapa dekade diperdebatkan apakah gelombang gravitasi bersifat fisik atau murni tolok ukur dan apakah gelombang tersebut membawa energi; argumen manik-manik lengket dan deteksi akhirnya menunjukkan bahwa gelombang tersebut nyata dan mengangkut energi, meskipun kehalusan lokalisasi energi gravitasi masih ada.
Key figures
- Albert Einstein
- Joseph Weber
- Rainer Weiss
- Kip Thorne
- Barry Barish
Related topics
Seminal works
- einstein1916b
- abbott2016
Frequently asked questions
- Apa yang secara fisik dilakukan gelombang gravitasi saat melintas?
- Gelombang tersebut secara bergantian meregangkan ruang dalam satu arah transversal sambil memampatkan arah tegak lurus, mengubah pemisahan antara massa yang jatuh bebas dengan jumlah fraksional yang sangat kecil; regangan berosilasi inilah yang dirancang untuk diukur oleh interferometer.
- Mengapa gelombang gravitasi sangat sulit dideteksi?
- Gravitasi sangat lemah, sehingga bahkan peristiwa astrofisika yang dahsyat menghasilkan regangan sekitar satu bagian dalam 10^21 di Bumi, membutuhkan interferometer berskala kilometer yang distabilkan terhadap setiap sumber kebisingan yang bersaing untuk merasakan perubahan jarak yang jauh lebih kecil dari lebar proton.