Divulgación Consulta sobre propagación de las ondas gravitacionales.

[inakigarber]

Buenas noches;

Tengo una duda que no consigo aclarar sobre las ondas gravitacionales. Siempre había pensado que las ondas gravitacionales se propagaban longitudinalmente (como el sonido), pero empiezo a dudar de que esto sea cierto y que se propaguen transversalmente. Por ejemplo, si una onda atravesara un interferómetro en la dirección de uno de los brazos del interferómetro, pongamos el A (quedando el B perpendicular a la propagación de la onda), siempre había pensado que sería el brazo A el que alteraría su longitud.

Por otra parte, sí las ondas gravitacionales afectan al espacio-tiempo y por tanto a la longitud de uno de los brazos, ¿no deberían también afectar a la longitud de onda de la luz que viaja por el brazo manteniendo constante el patrón de interferencia respecto al patrón cuando los brazos son iguales?

Supongo que hay algo que debo haber entendido mal.

Saludos.
¿Dónde podría obtener información que me permitiera aclarar mi duda?

[Richard R Richard]

Buenas noches;

Tengo una duda que no consigo aclarar sobre las ondas gravitacionales. Siempre había pensado que las ondas gravitacionales se propagaban longitudinalmente (como el sonido), pero empiezo a dudar de que esto sea cierto y que se propaguen transversalmente. Por ejemplo, si una onda atravesara un interferómetro en la dirección de uno de los brazos del interferómetro, pongamos el A (quedando el B perpendicular a la propagación de la onda), siempre había pensado que sería el brazo A el que alteraría su longitud.

Creo que estas bien informado, debido a la gran distancia que nos encontramos de un evento significativo que provoca una onda gravitacional, si bien esta se difunde por todo el espacio esféricamente en las 3 dimensiones espaciales desde la fuente, nos termina llegando como una onda plana, varia la intensidad del campo en el tiempo, es decir cambia la curvatura, entre picos y valles a partir de un valor considerado base o normal. El brazo que se estira y se encoge es el brazo paralelo la dirección propagación de la onda.

Por otra parte, sí las ondas gravitacionales afectan al espacio-tiempo y por tanto a la longitud de uno de los brazos, ¿no deberían también afectar a la longitud de onda de la luz que viaja por el brazo manteniendo constante el patrón de interferencia respecto al patrón cuando los brazos son iguales?

Veamos el conjunto de registros de la fusión de dos AN o estrellas de neutrones, es una pequeña fracción de un continuo , lo que realmente sirve de prueba son los últimos instantes del evento , alrededor de 500 milisegundos, el brazo de 4km del interferómetro es recorrido por la luz en menos en 12 microsegundos (solo por comparar , la luz recorre 50000 veces la longitud del brazo en ese tiempo ), o bien podemos decir que el acortamiento dura más tiempo que el lapso que viajan los fotones del interferómetro, que siempre son emitidos a la misma frecuencia por láser, y como la luz viaja a la misma velocidad c en un espacio normal o contraído, la longitud de onda es la misma para el receptor (ya que no hay diferencia de velocidad entre fuente y receptor), pero si hubiese un acortamiento significativo del brazo , creo que la sensibilidad es la décima parte del radio medio de un protón (corríjanme si no soy preciso) entonces dichos fotones arriban antes o después que los del otro brazo que será la referencia, produciendo un desfase cambia la intensidad recibida de luz, que puede ser leído por sensores, la cantidad de datos que se analizan por segundo es apabullante, cualquier variación en intensidad que siga la forma de un tren de ondas es el registro de la llegada de un nueva onda gravitacional.

[Alriga]

...Siempre había pensado que las ondas gravitacionales se propagaban longitudinalmente (como el sonido), pero empiezo a dudar de que esto sea cierto y que se propaguen transversalmente...

Las ondas gravitacionales son ondas transversales, es decir, la vibración es perpendicular a la dirección del movimiento. Pero su modo de vibración es distinto del de las ondas electromagnéticas, ya que las ondas gravitacionales son cuadrupolares:

Referencia: The Secret History of Gravitational Waves (BY TONY ROTHMAN)

Saludos.

[inakigarber]

Buenos días;

Gracias por vuestras respuestas, aunque no he leído todo las que me habéis anexado añado este vídeo que me ha parecido interesante;
https://francis.naukas.com/2016/02/2...avitacionales/

Vamos a ver si ahora lo he entendido bien.

Supongamos un agujero negro en torno al cual orbita una estrella de neutrones la cual emite ondas gravitacionales estas ondas llegan a un interferómetro uno de cuyos brazos apunta en la dirección de llegada de las ondas (por conveniencia mía) el otro es perpendicular. Ambos brazos sufrirán cambios en sus longitudes de tal manera que cuando se acorta uno se alarga el otro y viceversa. ¿Es esto así?

Saludos.

P.D. Leyendo el último enlace del anterior post (aunque mi Ingles deja mucho que desear) se me ha ocurrido que la propia existencia de las ondas electromagnéticas es una consecuencia del hecho de que nada puede ser más rápido que la luz.

[Alriga]

... añado este vídeo que me ha parecido interesante;
https://francis.naukas.com/2016/02/2...avitacionales/

Vi ese vídeo en su día. Al ser las ondas gravitacionales transversales y cuadrupolares, normalmente ante la incidencia de una onda en dirección arbitraria serán ambos brazos los que se estiran y encogen, y de forma no sincronizada, es para eso para lo que los han puesto en dirección perpendicular el uno respecto del otro.

Únicamente si una onda fuese paralela a uno de los brazos, éste no vibraría, solo vibraría el otro.

Saludos.

EDITADO:

Crédito: NASA'S SPACE PLACE

En esta imagen, la dirección de propagación de la onda gravitacional es perpendicular a la pantalla del ordenador. Se ve como se encogen y alargan ambos brazos.

Es por eso que hemos construido nuestros detectores de la manera en que los hemos construido. Cuando una onda gravitacional pasa a través de un detector como LIGO, uno de los brazos se comprime mientras que el otro se expande, y luego viceversa, en un patrón de oscilación mutua. Los detectores LIGO se colocan deliberadamente en ángulo entre sí y en diferentes lugares de la superficie de la Tierra, de modo que, independientemente de la orientación por la que pase la onda, como máximo sólo un brazo será inmune a la señal de la onda gravitacional.

En otras palabras, no importa cómo esté orientada la onda gravitacional, siempre habrá un detector que experimente un acortamiento de un brazo mientras que el otro se alarga, de manera predecible y oscilatoria, siempre que la onda pase a través del detector.

Fuente: If Light Contracts And Expands With Space, How Do We Detect Gravitational Waves?

Saludos.

[inakigarber]

Muchas gracias por tú respuesta.

Creo que ahora empiezo a tenerlo más claro. Para empezar el esquema que yo he dibujado antes está equivocado, en ese caso solo el brazo perpendicular fluctuaría, el brazo que apunta en la dirección de llegada de la onda permanecería invariable. Para que ambos brazos fluctuaran alternativamente ambos deberían ser perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de la onda. De esta forma "solo" con dos brazos perpendiculares y un aparato de medida para medir las diferencias en el patrón de interferencia sería suficiente (el entrecomillado es porque los brazos y los aparatos de medida utilizados deben ser de una precisión mas que extraordinaria).

[Richard R Richard]

Hola, veo una contradiccion clara entre la divulgativa forma de explicar el fenomeno ,en el 1:16 de https://www.youtube.com/watch?v=4GbWfNHtHRg cuando se muestra a los personajes alejandose y acercandose uno al otro, que es como siempre entendí el efecto de la onda gravitacional , respecto del efecto si la onda es trasversal cuadrupolar, que lo que haria es estirar y encoger a los personajes en su posición, en las dos direcciones perependiculare a la dirección de la onda, y cuando esta esté polarizada, habrá direcciones angulares donde el estiramiento es máximo y en su perpendicular el acortamiento también es maximo . Es decir tu frase

Únicamente si una onda fuese paralela a uno de los brazos, éste no vibraría, solo vibraría el otro.

entiendo está en las antípodas de todo mi entendimiento de como funciona la gravedad y logicamente de lo que expuse antes en este hilo, pero como debatimos ciencia, hasta no tener pruebas para contradecirte, voy a ponerle más atención a las fuentes que he leido y llamarme por ahora al silencio.
Por lo pronto en el sitio de la NASA donde extraes el gif, veo que no hace alusión a la dirección en la que la onda llega al sistema y convengo que tampoco en el video que hago mensión al principio tampoco dicen en que direccion llega la onda para que los personajes se alejen y se acerquen.

[inakigarber]

Buenas noches;

Creo que la cosa me ha quedado clara, al menos en cuanto al concepto. Reconozco que no había reparado que existieran este tipo de ondas. Me vino a la cabeza un símil clásico un tanto chapucero. Supongamos un tubo de pasta dental cuya superficie voy haciendo fluctuar por ejemplo apretando del tubo de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha haciendo salir la pasta por la boca del tubo. De alguna forma, las ondas avanzan en un tubo de espacio tiempo flexible en el que el espacio se contrae-expande en los ejes perpendiculares al movimiento, (ya que la comparación es un poco tonta) pero me ha gustado la idea de una onda que se propaga en la dirección perpendicular a la fluctuación del espacio tiempo. Otra cuestión más complicada es la de entender porque esto debe de ser así, es decir que bases matemáticas hay para que eso deba ser así.

Imaginemos un ejemplo en el que tuviéramos un agujero negro girando sobre su propio eje en un espacio totalmente vacío. Puesto que las ondas gravitacionales solo puede generarlas un objeto con masa que sufre una aceleración y un objeto en rotación está acelerado, debo suponer que un agujero negro que gire sobre su propio eje debe estar generando ondas gravitacionales continuamente. Dado que las ondas transportan energía y en este caso toda la masa energía está concentrada en el agujero negro este debería estar perdiendo masa energía por el solo hecho de rotar incluso en el vacío donde no existe rozamiento con lo cual pasaríamos de un universo ordenado a otro desordenado, aumentando de nuevo la entropía del sistema.

Parece que la relatividad también pone obstáculos insalvables al perpetuum mobile.

¿Es así?

Saludos y gracias.

[inakigarber]

Buenas noches;
Sigo dándole algunas vueltas a este tema y no sé si lo tengo muy claro.


Supongamos que la imagen 1 representa a una estrella que va a colapsar (en amarillo) y tenemos un dispositivo compuesto de tres brazos perpendiculares el negro apuntando hacia la estrella y los otros dos formando 90º con respecto a dicha dirección. En la imagen 2 la estrella ha colapsado y nos llega un pulso gravitacional. Dada la enorme distancia nos llegará un pulso de onda plano (en gris), el brazo negro permanecerá invariante, en tanto que los otros dos brazos fluctuarán, si el vertical (marrón) crece, el horizontal (rojo) decrece y viceversa. ¿Es así? si es así, no logro comprender porque deben fluctuar alternativamente.

Saludos.

[Richard R Richard]

el brazo negro permanecerá invariante, en tanto que los otros dos brazos fluctuarán, si el vertical (marrón) crece, el horizontal (rojo) decrece y viceversa. ¿

Que una estrella colapse generando un pulso supoone una situación muy diferente, a la de lass ondas creadas por dos estrellas o AN, orbitandose antes de fusionarse.

Pero si tuviese que apostar un guisante, diria que

el brazo negro variará de longitud, pulso escalon, en tanto que los otros dos brazos permaneceran invariantes, pero en el caso si el vertical (marrón) crece o decrece, el horizontal (rojo) tambien crece o decrece en la misma proporción al mismo tiempo.

En la onda de fusion de estrellas, la forma de la elipse en la representación de la onda cuadrupolar depende de la inclinacion del eje de giro del sistema que colapsa en relación a la dirección con la tierra.

Aqui el estallido es igual en todas direcciones, por lo que los brazos se encogen o se estiran una única vez y más visible es el efecto, si la dirección de la estrella es paralela a uno solo de los brazos, me temo que si es perpendicular a dos no notarás ningún cambio entre ellos al pasar la onda, pues tendria el mismo efecto de estiramiento o contracción sobre los dos brazos a la vez.

[inakigarber]

Buenas tardes

Que una estrella colapse generando un pulso supoone una situación muy diferente, a la de lass ondas creadas por dos estrellas o AN, orbitandose antes de fusionarse.

Totalmente de acuerdo, pero un pulso podría considerarse como una suma de ondas senoidales mediante las series de Fourier.
Bien, por lo que puedo deducir según los videos que han sido anexados en posts anteriores, las ondas gravitacionales deforman la materia en sentido perpendicular a su sentido de propagación, tal como se indica en este video

Si suponemos que las ondas se propagan en el sentido de salir de la pantalla hacia el observador observaríamos que la pantalla se expande y contrae en el eje horizontal a la vez que se contrae y expande en el eje vertical. Lo que supongo que ocurre es que si viéramos la onda gravitacional debido al colapso gravitacional de una estrella veríamos que la pantalla se expande en una de las direcciones a la vez que se contrae en la contraria, en tanto que en la dirección perpendicular a ambas un vector apuntando en esa dirección (imaginemos un vector saliendo del centro de la pantalla apuntando a nuestra cara) la dirección de este vector permanecería invariante. Esto es lo que he deducido de lo que he leído hasta ahora y lo que he deducido de la visualización de dichos vídeos.

Saludos y gracias.

P.D. Anexo este vídeo que supongo os gustara;

Añado este enlace que probablemente algunos ya conozcáis me parece apropiado; LSC - Colaboración científica LIGO