क्या गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्लैक होल से गुजर सकती हैं?


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जैसा कि शीर्षक कहता है, क्या होता है जब एक गुरुत्वाकर्षण लहर एक ब्लैक होल के पास आती है? मुझे लगता है कि ब्लैक होल के पास स्पेसटाइम काम करने के तरीके के कारण कुछ दिलचस्प होता है, लेकिन मुझे इसे वापस लेने का कोई ज्ञान नहीं है।


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क्या शानदार सवाल है! क्या ब्लैक होल (या वास्तव में अन्य द्रव्यमान) गुरुत्वाकर्षण तरंगों को मोड़ते हैं?
फेटी

यहाँ एक महान उत्तर घूर्णन और स्थैतिक छेद के लिए व्यवहार को अलग करेगा। उत्तरार्द्ध बेहतर समझा जाता है, लेकिन यह शायद ही स्पष्ट है यह उन्हें और अधिक विशिष्ट बनाता है।
कीथ

जवाबों:


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नहीं, गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्लैक होल से नहीं गुजर सकती हैं।

एक गुरुत्वाकर्षण लहर स्पेसटाइम के माध्यम से एक मार्ग का अनुसरण करती है जिसे एक अशक्त भू-आकृति कहा जाता है। यह वही मार्ग है जिसका अनुसरण प्रकाश किरण एक ही दिशा में यात्रा करते हुए करती है, और गुरुत्वाकर्षण तरंगें उसी तरह से ब्लैक होल से प्रभावित होती हैं जिस तरह से प्रकाश किरणें होती हैं। इसलिए उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण तरंगों को गुरुत्वाकर्षण तरंगों द्वारा उसी तरह अपवर्तित किया जा सकता है, जैसे प्रकाश तरंगें होती हैं। और प्रकाश तरंगों की तरह, यदि एक गुरुत्वाकर्षण लहर एक ब्लैक होल के आसपास की घटना क्षितिज को पार कर जाती है, तो यह विलक्षणता की ओर यात्रा करने के लिए बर्बाद होता है और कभी भी बच नहीं सकता है।

इस के लिए एक चेतावनी है। जब हम एक गुरुत्वाकर्षण लहर के बारे में बात करते हैं तो हम आम तौर पर स्पेसटाइम में एक लहर का मतलब है कि अपेक्षाकृत छोटा है। विशेष रूप से यह काफी छोटा है कि गुरुत्वाकर्षण तरंग की ऊर्जा स्पेसटाइम वक्रता को प्रभावित नहीं करती है। इसलिए जब हम एक ब्लैक होल के पास एक गुरुत्वाकर्षण तरंग के प्रक्षेपवक्र की गणना करते हैं तो हम ब्लैक होल ज्यामिति को तय करते हैं, अर्थात लहर से अप्रभावित, और हम इस निश्चित पृष्ठभूमि में तरंग के प्रक्षेपवक्र की गणना करते हैं।

यह ठीक वैसा ही दृष्टिकोण है जैसा कि हम प्रकाश किरणों के प्रक्षेप पथ की गणना के लिए उपयोग करते हैं। चूंकि प्रकाश किरणें ऊर्जा और गति लेती हैं, इसलिए कम से कम सिद्धांत रूप में, उनके पास अपने गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र हैं। लेकिन दोनों प्रकाश किरणों और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के ब्रह्मांड में मौजूद होने की संभावना के लिए, जो ऊर्जा ली जाती है वह स्पेसटाइम वक्रता में महत्वपूर्ण योगदान देने के लिए बहुत छोटी है।

जब आप अपने प्रश्न में कहते हैं:

मुझे लगता है कि ब्लैक होल के पास स्पेसटाइम काम करने के तरीके के कारण कुछ दिलचस्प होता है

मुझे लगता है कि आप सोच रहे हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंग एक ब्लैक होल के पास ज्यामिति को बदल सकती है, लेकिन जैसा कि ऊपर बताया गया है कि विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण तरंगों में ऐसा करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। यह पूछना उचित होगा कि यदि हम लहर को पर्याप्त ऊर्जा देते हैं तो क्या होता है, लेकिन इसका उत्तर यह है कि यह अब एक साधारण लहर की तरह व्यवहार नहीं करता है।

गुरुत्वीय तरंगें एक शासन में मौजूद हैं जिन्हें रेखीयकृत गुरुत्वाकर्षण कहा जाता है जहां वे एक लहर समीकरण का पालन करते हैं जो मूल रूप से लहर समीकरण प्रकाश किरणों के समान है। यदि हम ऊर्जा को इतना बढ़ा देते हैं कि गुरुत्वाकर्षण गैर-रेखीय हो जाता है (जैसे कि ब्लैक होल के लिए मामला) तो स्पेसटाइम वक्रता में दोलन अब एक तरंग समीकरण नहीं मानते हैं और पूर्ण आइंस्टीन समीकरणों द्वारा वर्णित किए जाने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए यह सुझाव दिया गया है, लेकिन सिद्ध नहीं किया गया है, कि वास्तव में उच्च ऊर्जा गुरुत्वाकर्षण (या प्रकाश) तरंगें एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकती हैं ताकि एक बाध्य राज्य का गठन किया जा सके जिसे जियोन कहा जाता है । मैं मानता हूं कि मैं अनिश्चित हूं कि इस शासन में दोलनों का अध्ययन करने के लिए कितना काम किया गया है।


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दलार्ल

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बस प्रमुख वाक्य की गलत व्याख्याओं से बचने के लिए, यदि गुरुत्वाकर्षण तरंगों की एक ट्रेन एक ब्लैक होल के पास जाती है, तो यह छेद के चारों ओर एक प्रकाश मोर्चे की तरह अलग हो जाएगी, है ना? ऐसा नहीं है कि ब्लैक होल के पीछे एक GW "छाया" है।
हेनिंग मैखोलम

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@ हेनिंगमखोलम यह निर्भर करता है कि आप छाया से क्या मतलब रखते हैं । एक GW स्रोत से एक ब्लैक होल के विपरीत पक्ष पर एक पर्यवेक्षक GWs का पता लगाएगा, क्योंकि GWs ब्लैक होल के आसपास अपवर्तित होंगे जैसा कि आप वर्णन करते हैं। हालाँकि यदि प्रेक्षक जीडब्ल्यू को देख सकता था तो ब्लैक होल की ओर देख रहा था कि वे वास्तव में एक छाया देखेंगे। ऐसा इसलिए क्योंकि लेंसिंग सीधे ब्लैक होल की ओर इशारा करते हुए एक वेव वेक्टर का उत्पादन नहीं कर सकता है। प्रेक्षक द्वारा प्राप्त लेंस विकिरण के वेव वैक्टर ब्लैक होल के फोटोन गोले के थोड़ा बाहर की ओर इंगित करेंगे।
जॉन रेनी

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यह निश्चित रूप से क्यों मेसियर 87 * की अब प्रसिद्ध तस्वीरें बीच में एक छाया दिखाती हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगों में दृश्य समान होगा।
जॉन रेनी

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कुछ हद तक oversimplified। M87 में फोटॉन की अंगूठी लेंसिंग के कारण होती है, लेकिन आइंस्टीन रिंग के समान नहीं है। अंतर यह है कि जीडब्ल्यू के स्रोत ब्लैक होल के कितने करीब हैं। लेकिन हां, अगर स्रोत, बीएच और पर्यवेक्षक को लाइन में खड़ा किया गया तो जीडब्ल्यू "रिंग" होगा।
रोब जेफ्रीस

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गुरुत्वाकर्षण तरंगों को बड़े पैमाने पर वस्तुओं द्वारा प्रकाश के समान तरीके से लेंस किया जाना चाहिए।

दूर की वस्तु से प्रकाश किरणें (और विस्तार द्वारा, गुरुत्वाकर्षण तरंगों), जो कि श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या के 1.5 गुना (एक गैर-कताई ब्लैक होल के लिए) के भीतर से गुजरती हैं, में प्रक्षेपवक्र होती हैं जो फिर घटना क्षितिज की ओर ले जाती हैं। ऐसे प्रक्षेपवक्र पर तरंगें ब्लैक होल से बच नहीं सकती हैं, इसलिए मूल उत्तर नहीं है, गुरुत्वाकर्षण तरंगें "ब्लैक होल से नहीं गुजर सकती हैं"।

हालांकि, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के स्रोत को "छुपाने" से दूर, एक हस्तक्षेप ब्लैक होल लेंस और आवर्धित छवियों की उपस्थिति का कारण होगा। स्रोत, ब्लैक होल और ऑब्जर्वर के सही संरेखण के लिए, कोणीय त्रिज्या में एक तीव्र "आइंस्टीन रिंग" होगा जो स्रोत और ब्लैक होल की सापेक्ष दूरी पर निर्भर करता है।

बेशक गुरुत्वाकर्षण तरंगों को वर्तमान में imaged नहीं किया जा सकता है, इसलिए जो पता लगाया जाएगा वह एक असामान्य रूप से मजबूत गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत है।

उपरोक्त सभी ज्यामितीय प्रकाशिकी सीमा में है कि लेंस की तुलना में तरंग दैर्ध्य छोटा है। यदि ब्लैक होल काफी छोटा है (जो कि उसके द्रव्यमान पर निर्भर करता है), या गुरुत्वाकर्षण तरंग तरंगदैर्घ्य काफी बड़ा है, तो एक छोटे, अपारदर्शी डिस्क ( ताकाहाशी और नाकामुरा 2003 ) का सामना करने वाले विमान की लहर के अनुरूप व्यवहार होना चाहिए ।

जिस स्थिति में हमें केंद्र में एक विवर्तन पैटर्न और शायद "उज्ज्वल" आर्गो स्पॉट मिलेगा , हालांकि मुझे साहित्य में ऐसी किसी भी गणना की जानकारी नहीं है।

यह एक असंभावित परिदृश्य नहीं है। उदाहरण के लिए, LIGO द्वारा पाई गई गुरुत्वाकर्षण तरंगों में 10-1000 हर्ट्ज की अपेक्षाकृत उच्च आवृत्तियाँ होती हैं और इसलिए 30,000-300 किमी की तरंग दैर्ध्य होती हैं, जो कि 10,000 - श्वार्चचाइल्ड रेडी की तरह बड़ी होती हैं - 100 सौर ब्लैक होल और निश्चित रूप से ब्लैक होल अवशेष से बड़ी होती हैं। तारकीय विकास के।

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