Физиками из международной коллаборации LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) впервые напрямую были зарегистрированы гравитационные волны — возмущения пространства-времени, предсказанные сто лет назад создателем общей теории относительности Альбертом Эйнштейном.
Это произошло 14 сентября 2015 года в 05:51 утра по летнему североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах обсерватории LIGO.
Они были порождены двумя черными дырами (в 29 и 36 раз тяжелее Солнца) в последние доли секунды перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект (в 62 раза тяжелее Солнца). За доли секунды примерно три солнечные массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Слияние черных дыр произошло 1,3 миллиарда лет назад (столько времени гравитационное возмущение распространялось до Земли).
Что важно
Во-первых, физики впервые напрямую зарегистрировали гравитационные волны. Ранее это удавалось сделать лишь косвенным путем, наблюдая за потерей энергии пульсарами.
Во-вторых, общая теория относительности, сформулированная в 1915 году Альбертом Эйнштейном, снова была подтверждена.
В-третьих, ученые еще раз доказали существование черных дыр. Эксперименты физиков отлично объясняются современными теоретическими моделями.
В-четвертых, физики продемонстрировали астрономам возможности исследования космоса при помощи гравитации.
До сих пор основную информацию о далеких объектах ученые получали в электромагнитных диапазонах (оптическом, рентгеновском, инфракрасном и ультрафиолетовом). Основная инициатива создания LIGO исходила от физиков, тогда как астрономы предпочитали продолжать исследования космоса консервативными методами.
Что такое гравитационная волна
Массивное тело, находящееся в пространстве-времени, вызывает его искривление. В частности, траектория светового луча, распространяющегося рядом с массивным объектом, искривляется от прямолинейной. Эффект был экспериментально надежно подтвержден.
Искривление пространства-времени наглядно можно представить, поместив тяжелый шарик на натянутый капрон: он вызовет прогиб плоской капроновой поверхности, которая в этом случае выступает аналогией пространства-времени.
Гравитационная волна представляет собой колебания пространства-времени — иначе говоря, распространяющуюся в нем рябь. Если в нашем мысленном эксперименте шарик на капроне начнет периодические колебания, то капрон, выступающий в этой аналогии пространством-временем, также начнет колебаться. От движущегося в центре капроновой поверхности шарика начнут распространяться волны. Именно они и являются аналогами гравитационных возмущений.
Что такое черная дыра
В 1916 году немецкий ученый Карл Шварцшильд нашел первое решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Это решение содержало так называемый гравитационный радиус тела, определяющий размеры объекта со сферически-симметричным распределением материи, который не способны покинуть фотоны (движущиеся со скоростью света кванты электромагнитного поля).
Шварцшильдова сфера, определенная таким образом, тождественна понятию горизонта событий, а массивный ограниченный ею объект — черной дыре.
Описанная Шварцшильдом черная дыра является статической, то есть неподвижной (невращающейся). В природе таких черных дыр, по всей видимости, нет. Практически любая реальная черная дыра будет вращаться и иметь ненулевой заряд (для этого достаточно, чтобы она поглотила хотя бы одну заряженную элементарную частицу).
Как открыли
Обсерватория LIGO представляет собой гравитационно-волновую антенну, образованную двумя идентичными детекторами, расположенными в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США на расстоянии более трех тысяч километров друг от друга.
Детектор (рис.1) представляет собой интерферометр Фабри-Перо - две массы, разнесенные на четыре километра. Расстояние между массами контролируется. Если волна падает сверху, то расстояние немного изменяется.
Рис. 1 Интерферометр LIGO
14 сентября 2015 года из космоса пришел сигнал, который зарегистрировали детекторы в Ливингстоне и Хэнфорде (рис. 2).
Рис. 2 Гравитационные волны в двух детекторах
Что это значит для науки
Дальнейшее повышение чувствительности гравитационно-волновых антенн может привести к открытию множества источников волн пространства-времени. С этой целью могут быть модернизированы существующие гравитационные обсерватории и открыты новые. Прогресс в зарождающемся новом способе исследования космоса ограничивает лишь стоимость гравитационных обсерваторий (LIGO обошлась примерно в 370 миллионов долларов).
В перспективе при помощи гравитационно-волновых антенн можно с высокой точностью измерить ускоренное расширение Вселенной, оценить работоспособность существующих космологических моделей, проверить отклонение от сферической формы нейтронных звезд и обнаружить (в случае их существования) космические струны — одномерные дефекты пространства-времени, возникшие после Большого взрыва.
Вклад России
Исследования в LIGO осуществляются в рамках одноименной коллаборации более чем тысячи ученых из США и 14 других стран, включая Россию, которая представлена двумя группами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Института прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород).
Источник: LENTA.RU
Комментариев нет:
Отправить комментарий