¿Cómo se producen exactamente las ondas gravitacionales?

Estaba pensando en las ondas gravitacionales y descubrí que podría tener dudas sobre su producción.

Suponiendo que todos los cálculos encuentren una solución similar a una onda para ser entendida, me preguntaba sobre la verdadera razón/forma por la cual se producen las ondas gravitacionales: siempre me han enseñado que una onda es producida por una perturbación creada por el movimiento de un objeto. . Las ondas gravitacionales surgen cuando grandes cuerpos masivos perturban el espacio-tiempo en sí, pero aquí está el hecho poco claro: ¿es el movimiento de las masas lo que perturba el espacio-tiempo? Porque estoy teniendo dificultades para entender si las ondas gravitacionales son/no son producidas simplemente por un cuerpo masivo en movimiento.

Porque de esta forma, "nosotros también" podemos producir ondas gravitatorias (cuya frecuencia sería extremadamente pequeña).

Puedes intentar aclarar tu pregunta. Gravitational waves arises when huge massive bodies do perturb the spacetime itself but here it's the unclear fact: it's the motion of masses itself that perturb the spacetime?¿Qué quieres decir?
Solo para señalar, cuando alguien responde a esta pregunta, debe estar convencido de que emitimos ondas gravitacionales, ¡siempre y cuando nos movamos de la manera correcta!

Respuestas (3)

Las ondas gravitacionales se generan de manera análoga a las ondas electromagnéticas.

Clásicamente, los campos eléctricos o magnéticos cambiantes pueden generar ondas electromagnéticas, siendo una antena de radio un buen ejemplo, y también se emite radiación al acelerar o desacelerar partículas. Las ecuaciones de Maxwell son lo suficientemente "simples" ya que se trata de campos vectoriales. Esto se refleja en el portador mecánico cuántico del campo electromagnético, el fotón, que tiene espín uno.

En la Relatividad General las matemáticas son más complejas, aún, se esperan ondas gravitatorias para "cambiar campos gravitatorios", entre comillas, porque el campo gravitatorio emerge de la curvatura espacial postulada por GR. Dado que se trata de campos tensoriales, el portador de la mecánica cuántica (en las cuantizaciones efectivas de la gravedad utilizadas hasta ahora) es el gravitón de espín dos.

Las ondas gravitacionales transportan energía como radiación gravitatoria. La existencia de ondas gravitacionales es una posible consecuencia de la invariancia de Lorentz de la relatividad general ya que trae consigo el concepto de una velocidad límite de propagación de las interacciones físicas. Por el contrario, las ondas gravitatorias no pueden existir en la teoría newtoniana de la gravitación, que postula que las interacciones físicas se propagan a una velocidad infinita.

Esto ilustra las distorsiones del espacio a medida que pasa la onda:

El efecto de una onda gravitacional con polarización positiva en un anillo de partículas.

onda gravitatoria

Entonces, como con las ondas electromagnéticas,

En términos generales, las ondas gravitatorias son radiadas por objetos cuyo movimiento implica aceleración, siempre que el movimiento no sea perfectamente esféricamente simétrico (como una esfera que se expande o contrae) o cilíndricamente simétrico (como un disco giratorio o una esfera). Un ejemplo simple de este principio es una mancuerna giratoria. Si la mancuerna gira como una rueda sobre un eje, no irradiará ondas gravitacionales; si cae de un extremo a otro, como en el caso de dos planetas que orbitan entre sí, irradiará ondas gravitacionales. Cuanto más pesada sea la mancuerna y más rápido gire, mayor será la radiación gravitatoria que emitirá. En un caso extremo, como cuando los dos pesos de la mancuerna son estrellas masivas como estrellas de neutrones o agujeros negros, orbitando entre sí rápidamente, se emitirían cantidades significativas de radiación gravitatoria.

Entonces, bajo ciertas condiciones, una masa en aceleración puede irradiar ondas gravitacionales. El efecto sobre las órbitas planetarias, aunque presente debido a la emisión de ondas gravitacionales, es muy pequeño, debido a la gran debilidad de la gravedad.

La radiación gravitatoria es otro mecanismo de descomposición orbital. Es insignificante para las órbitas de los planetas y los satélites planetarios, pero es notable para los sistemas de objetos compactos, como se ve en las observaciones de las órbitas de las estrellas de neutrones.

Por un objeto cilíndricamente simétrico que gira, ¿te refieres a que gira a una velocidad angular uniforme ? Si gira a una velocidad angular no uniforme, digamos armónicamente, irradiaría ondas gravitacionales. ¿Estás de acuerdo?
@Hans lo hará sobre las funciones exactas, si podría estar presente un momento cuadripolar. van.physics.illinois.edu/qa/…
Los momentos de masa cambiantes son solo una, aunque la fuente más grande, de la onda gravitacional. El efecto gravitomagnético generado por la corriente de masa es otra fuente, aunque mucho más pequeña. Entonces, el objeto cilíndricamente simétrico que gira emite una onda gravitatoria cuando gira de manera no uniforme.

Una discusión sobre las ondas de gravedad observadas recientemente mencionó que la causa probable eran dos agujeros negros que orbitaban alrededor de su centro de masa, cada uno de ellos desacelerándose en su órbita y, por lo tanto, convirtiendo su energía orbital en ondas de gravedad a medida que cada uno se acercaba y luego se alejaba del punto donde son observados. Cuando la velocidad a la que se acercan alcanza la mitad de la velocidad de la luz, emiten un gran estallido de ondas de gravedad al chocar entre sí y convertirse en un agujero negro más grande.

Tenga en cuenta que las ondas de gravedad y las ondas gravitacionales son diferentes.

Parece haber cierta ambigüedad en la definición del término onda de gravedad .

Esta referencia habla de ondas clásicas en gases y fluidos, y puedo ver cómo esto puede afectar el espacio-tiempo.

Pero su inferencia es directamente al espacio-tiempo. ¿El espacio-tiempo es gas, líquido o sólido? Un argumento para otro momento.

Tengo que estar de acuerdo con Levitopher aquí, la diferencia es la masa del objeto en movimiento que crea la onda de gravedad y la interacción de las fuerzas involucradas que crean la onda.

Ejemplos:

Un objeto que se mueve en línea recta crea una onda en forma de V; como un barco, dos agujeros negros que se orbitan entre sí crean una ola en forma de espiral; como una galaxia de brazo espiral, y cuando dos agujeros negros se fusionan, se formaría una onda esférica. Piense si una roca en un estanque, pero una especie de pobre ejemplo bidimensional.

Todo esto compara el espacio-tiempo con la mecánica ondulatoria clásica, que no necesariamente se correlaciona. Todo esto es una respuesta rápida de mi cabeza, pero espero que te dirija en la dirección correcta.