Гравитационные волны открывают новые перспективы
Гравитационные волны открывают новые перспективы

Гравитационные волны открывают новые перспективы

Обнаружение гравитационных волн

Эффекты, порождаемые самыми таинственных гигантами вселенной, являются весьма тонкими, когда регистрируются на Земле: датчики перемещаются на крошечную часть ширины протона, производя слабый сигнал, похожий на щебет птички.

Первое обнаружение гравитационных волн

В течение многих веков астрономы изучали вселенную почти исключительно посредством наблюдения её света. Но объявление в 2016 году о первом обнаружении гравитационных волн, произведённых 1,3 миллиарда лет назад в столкновении двух чудовищных чёрных дыр, дало учёным совершенно новый способ наблюдения за небесами.

Волны прошли через космос со скоростью света и прибыли на Землю как раз вовремя для запуска LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — Усовершенствованной Обсерватории Лазерной Интерферометрии Гравитационной волны), измерившего минутное растяжение и сжатие пространства.

LIGO — Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

Учёные надеются раскрыть новые детали о неуловимых чёрных дырах и их столкновениях при втором обнаружении. Вскоре, поскольку все больше датчиков вводится в строй, учёные будут в состоянии точно определить, где гравитационные волны возникают, и какой участок неба необходимо наблюдать для выявления последствий катаклизмов, вызвавших их.

«Это — история большого успеха науки”, — говорит астрофизик Ави Леб из Гарвардского университета, не принимавший участия в обнаружении гравитационных волн. По его словам, это — такое открытие, которое происходит только однажды за несколько десятилетий.

Некоторые физики посвятили всю свою карьеру поиску пространственно-временной пульсации, которая будет благом для исследователей в течение многих десятилетий, если не веков.

Как это случилось

Образцы пульсаций появились почти одновременно в двух огромных L-образных датчиках LIGO — в Хенфорде, Вашингтоне и Ливингстоне, Луизиане — 14 сентября 2015 года.

Сигнал близко соответствовал ожидаемому от пары чёрных дыр, которые закрутились в спираль друг вокруг друга, становясь ближе и ближе прежде, чем слиться в один объект.

Пара черных дыр

На ранних стадиях этого процесса эти две чёрные дыры были приблизительно равны 35 и 30 масс Солнца. Громадины, сливаясь вместе в одну чёрную дыру в 62 массы Солнца, освободили энергию массы трёх Солнц.

Когда учёные преобразовали гравитационные волны в звуковые, это было похоже на повседневный щебет птицы, быстро возрастающий в частоте и громкости перед спадом. Этот щебет звучал подобно жалобному вопросу, как будто вселенная спрашивала: “Привет? Кто-либо есть там?” На этот раз ответ был — да.

Эйнштейн был прав

Взятое изолированно, открытие стало взрывом — подтверждением предсказания Эйнштейна, что пространство-время может слегка колебаться, обеспечивая новые представления чёрных дыр и проверки вычисления астрофизиков относительно того, как две чёрные дыры могут соединиться в одну.

Но обнаружение гравитационных волн знаменательно и вследствие будущих перспектив. LIGO, как ожидают, провозгласит начало новой эры астрономии, в которой обнаружения гравитационных волн могли бы стать распространёнными.

Чёрные дыры, ранее скрытые от человечества, будут регулярно сообщать о своих столкновениях Земле.

Для развития этого нового типа астрономии учёные преследовали гравитационные волны в течение многих десятилетий. После такого долгого поиска это “невероятно приятно”, — говорит Дэвид Шумейкер, руководитель группы LIGO в MIT, чтобы проснуться утром и знать, что гравитационные волны наконец обнаружены.

Почти сразу после того, как обновлённые датчики LIGO были включены, гравитационные волны слегка пульсировали, немного изменяя длину сверхчувствительных датчиков LIGO.

“Мы щёлкнули переключателем и сказали — OK — мы собираемся начать работать, и бум”, — заявляет исполнительный директор лаборатории LIGO Дэвид Рейц из Калифорнийского технологического института.

То быстрое обнаружение вызвало надежды среди астрофизиков, мечтающих о наборах данных с десятками или сотнями таких событий.

С каждым новым слиянием учёные узнают больше про общие пары чёрных дыр, про свойства чёрных дыр и умирающих звёзд, разрушившихся для создания их.

Теории обнаружения черными дырами друг друга

Учёные надеются реконструировать, как чёрные дыры находят друг друга в одинокой вселенной.

Существует две основных конкурирующих теории: две звезды могли родиться вместе как близнецы, каждая с последующим более поздним разрушением в чёрную дыру, или чёрные дыры могли встретиться позже в жизни в плотных системах, где много чёрных дыр и звёзд взаимодействуют друг с другом.

Доказывая, что обнаружение не было случайностью, учёные LIGO сообщили, что они определили пульсации от слияния меньшей пары чёрных дыр. Затем LIGO закрыли для обновлений, но снова запустили в ноябре 2016 г.

Дальнейшее совершенствование датчиков LIGO повысит их чувствительность, позволяя им регистрировать ещё более слабые пульсации. Когда эти обновления будут завершены — возможно, к 2019-2020 — учёные смогут наблюдать слияния чёрных дыр с частотой один раз в день.

Черные дыры

Подтверждение общей теории относительности

Начиная с первых обнаружений гравитационных волн физики использовали данные LIGO для подтверждения общей теории относительности Эйнштейна в более экстремальной среде чем когда-либо прежде. Но будущие обнаружения добавят ещё больше точности к проверке общей теории относительности.

Любое отклонение от ожиданий могло бы сигнализировать о некоторых условиях, в которых нарушается теория Эйнштейна.

Если исследователи могут триангулировать источник волн, они могут направить телескопы в нужном направлении для выявления какого-либо яркого последствия. Такой сигнал был бы неожиданным для чёрных дыр, но они не единственный источник.

Учёные ожидают выявления колебаний от разрушений нейтронных звёзд, которые могли бы произвести обнаруживаемый свет. Если удача будет на стороне LIGO, и звезда взорвётся в Млечном пути, LIGO может быть в состоянии определить её гравитационное излучение.

Гравитационные волны

Объединение гравитационных волн с другими сигналами из пространства, включая различные длины волн света и частиц, таких как нейтрино, создаст разнообразный набор инструментов для наблюдения космоса.

Учёные могут даже найти непредвиденные источники гравитационных волн.
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector