¿Existen las ondas gravitacionales monopolo?

Question

La RG dice que la radiación gravitacional monopolar no existe. Entiendo las razones de esto.

Sin embargo, existe este efecto (que me parece que tiene las características de una onda). Artículo en arXiv:

Ondas gravitacionales monopolo de bolas de fuego relativistas que impulsan estallidos de rayos gamma ( http://arxiv.org/abs/astro-ph/0309448 )

Me gustaría recibir algunos comentarios sobre ese documento, a continuación se exponen mis ideas al respecto, que pueden ser relevantes o no.

Básicamente lo que ocurre es que tienes una masa que desprende energía. Así que si estás parado en un punto fuera de la masa, el potencial gravitacional cambia muy rápidamente cuando la masa expulsada pasa por ti. Dado que detectamos el campo gravitatorio como la pendiente del potencial, parece que habrá un impulso aplicado a nuestro movimiento a medida que el potencial cambia.

Este cambio de movimiento es la razón por la que creo que el papel tiene el nombre correcto: son ondas.

El autor del artículo no tuvo ningún problema en llamar a este efecto una onda gravitacional monopolar, pero ¿se llama correctamente onda gravitacional?

Answer 1

Este tipo de efectos se aplican a cualquier tipo de masa o energía. Una partícula masiva que se desplace por debajo de la velocidad de la luz será portadora de una "onda gravitatoria sublumínica". La radiación dipolar llevará una "onda gravitacional dipolar", etc.

En principio, se puede asignar la etiqueta de "onda gravitatoria" a cualquier tipo de campo gravitatorio que se propague junto con algún objeto de materia-energía. Pero esto no se suele hacer. Un punto de vista más purista sería llamar a la gratis ondas gravitacionales como las únicas ondas gravitacionales. Es decir, si se trata de una excitación en el vacío del propio espacio-tiempo, es una onda gravitacional, si es realmente la gravedad asociada a algún objeto, no lo es. Tales ondas gravitacionales radiadas desde fuentes aisladas pueden ser, en efecto, sólo cuadrupolares.

Sin embargo, esta línea es más difícil de trazar en el caso de la materia nula (que se mueve a la velocidad de la luz). En ese caso, a menudo no se sabe qué parte es la onda "libre" y la "arrastrada" porque ambas se moverían a la velocidad de la luz a lo largo de la materia/radiación. Y esto también es una cuestión fundamental; no hay ninguna diferencia verdaderamente fundamental entre el "espacio-tiempo en reposo" y el "espacio-tiempo vibrante" por el que pasa la onda. Sólo podemos hablar de la diferencia entre una "onda" y una "no-onda" gracias a un significado predefinido de "fondo inmóvil". Pero cuando uno se encuentra, por ejemplo, en la fina capa de radiación gamma que se aleja de una fuente, el "fondo correcto" es básicamente imposible de definir.

De ahí que a menudo se hable de las ondas arrastradas con materia nula simplemente como ondas gravitacionales y no se distinga entre la parte "libre" y la "arrastrada" ( Griffiths & Podolský tiene unos cuantos capítulos con ejemplos). En el artículo que enlazas, la distinción podría hacerse porque se podría demostrar que no hay ninguna libertad extra en la polarización o fuerza de la onda. Simplemente, la onda gravitacional no tiene propiedades libres y está totalmente determinada por la envoltura de la radiación gamma (hasta transformaciones gauge no físicas). Así que podríamos llamar a la mencionada excitación en la métrica una "onda monopolar" o un "campo gravitatorio arrastrado", es realmente una cuestión de una convención de nomenclatura más fina.

Answer 2

Creo que es importante destacar que la radiación gravitacional monopolar no existe en un vacío .

En el caso de la bola de fuego de rayos gamma, experimentamos algo parecido a una onda gravitacional monopolar porque una parte de la energía de la masa del progenitor es expulsada en forma de (en el caso idealizado) una cáscara de radiación que se expande esféricamente. Mientras estemos fuera de esta cáscara de radiación, no veremos ningún cambio en el campo gravitatorio, pero cuando la cáscara de radiación pase junto a nosotros, veremos una reducción correspondiente en el potencial gravitatorio. Dependiendo de lo delgada que sea la cáscara (lo instantáneo que haya sido el estallido) esta reducción del potencial puede ir acompañada de un fuerte gradiente.

Dicho esto, yo sería reacio a llamarla onda gravitacional. A diferencia de las "verdaderas" ondas gravitacionales, esta "onda" no existe por sí misma. En realidad, "surfea" sobre la capa de radiación en expansión. Si la radiación se detuviera de alguna manera (por ejemplo, si rodeáramos la bola de fuego con un espejo perfecto concéntrico y esféricamente simétrico), esta "onda" gravitacional también se detendría. Ninguna onda gravitacional real puede ser protegida de esta manera.

También debo mencionar que este efecto no se limita en absoluto a las bolas de fuego relativistas. En principio, la misma "onda" monopolar puede experimentarse en cualquier objeto esféricamente simétrico en expansión o en contracción, siempre que el observador esté dentro de el objeto.

Así que, personalmente, me abstendría de llamarla onda gravitacional. Sin embargo, puedo ver por qué, desde una perspectiva de observación, puede ser tentador llamarla así. Cuando el frente de onda de la radiación de una bola de fuego pasa a nuestro lado, la "onda" gravitacional monopolar también estaría presente y, en principio, podría observarse. Sin embargo, dadas las distancias típicas a las que se encuentran estas bolas de fuego, su imprevisibilidad y las escalas de tiempo de la explosión, sospecho que el efecto sería mucho más difícil de detectar que la radiación cuadrupolar de las binarias inspiradoras.