Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 18.10.2017

Scroll to top

Top

2 комментария

Обсерватории LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном

Обсерватории LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном
shortstoryf

Впервые в истории научного познания и исследования учёные смогли наблюдать рябь в ткани пространства-времени, которая широко известна под названием гравитационных волн. Эта рябь сумела достигнуть Земли, возникнув во время одного из глобальных катаклизмов в очень далёкой Вселенной. Открытие гравитационных волн подтверждает главное предсказание Общей теории относительности Эйнштейна, опубликованную им в 1915 году, и открывает новую удивительную и непредсказуемую тропинку исследования космического пространства.

Гравитационные волны несут в себе полную информацию о своём чрезвычайном происхождении и о природе той гравитационной силы, которая была катализатором этого события. Физики пришли к заключению, что обнаруженные волны образовались во время заключительного сверхмалого отрезка времени, за которое произошло слияние двух чёрных дыр и образовалась одна более массивная. Такой процесс объединения чёрных дыр также предсказан, но никогда ещё не наблюдался.

Теперь, что касаемо самого обнаружения.

Гравитационные волны были обнаружены 14 сентября 2015 года в 12:51 мск двумя обсерваториями LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), одна из которых расположена в Ливингстоне, штат Луизиана, а другая в Хэнфорде, штат Вашингтон. Они удалены друг от друга на 3002 километра. Поскольку скорость распространения гравитационных волн, как ожидают, равна скорости света, это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд, которая позволит определить направление на источник зарегистрированного сигнала.

Основываясь на наблюдаемых сигналах, учёные LIGO оценивают, что чёрные дыры, участвующие в событии, обладали массами в 29 и 36 раз массивнее Солнца, а само событие произошло 1.3 миллиарда лет назад. Масса, приблизительно равная трём солнечным, была преобразована в гравитационные волны за очень короткий отрезок секунды с пиковой выходной мощностью примерно в 50 раз большей, чем сейчас можно наблюдать в видимой Вселенной. Оценив время, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти до обсерватории — Ливингстон зарегистрировал событие на 7 миллисекунд раньше Хэнфорда — учёные с уверенностью говорят, что источник был расположен в южном полушарии.

LIGO гравитационные волны

Эти графики показывают сигналы гравитационных волн, которые были обнаружены обсерваториями-близнецами LIGO в Ливингстоне Хэнфорде. Сигнал пришёл от двух сливающихся чёрных дыр. Два верхних графика показывают отдельные сигналы двух обсерваторий (толстые линии), а также сигнал, предсказанный теорией (тонкая линия). Нижний график показывает соответсвие между сигналами двух обсерваторий. Сигналы от Хэнфордского датчика были инвертированы для сравнения, поскольку в обсерваториях ориентация датчиков различная. График также был немного смещён один относительно другого, поскольку в Ливингстон сигнал дошёл на семь тысячных секунд быстрее. В итоге график говорит, что обе обсерватории зарегистрировали один и тот же сигнал. Источник: LIGO.

Согласно Общей теории относительности, пара чёрных дыр, движущихся друг вокруг друга, теряет энергию посредством эмиссии гравитационных волн, что заставляет их постепенно приближаться друг к другу в течение миллиардов лет, и намного более быстрее в заключительные минуты события. Во время заключительной доли секунды эти две чёрные дыры сталкиваются друг с другом на скорости, равной примерно половине скорости света, и формируют одну-единственную более массивную, преобразуя часть объединённой массы дыр в энергию, согласно эквивалентности этих двух параметров. Это знаменитое выражение Эйнштейна E=mc2. Именно эта энергия испускается в виде заключительного мощного взрыва гравитационных волн. Именно эти волны и наблюдали детекторы LIGO.

Существование гравитационных волн первоначально было продемонстрировано в середине 70-х годов XX века Джозефом Хотоном Тейлором младшим и его коллегами. В 1974 году они обнаружили двойную систему, состоящую из пульсара, движущегося по орбите вокруг нейтронной звезды. В 1982 году Тейлор и коллеги обнаружили, что орбита пульсара медленно сжималась в течение длительного времени посредством высвобождения энергии в форме гравитационных волн. За обнаружение этого пульсара и демонстрацию того, что таким особым образом можно измерять гравитационные волны, учёные были награждены Нобелевской премией в области физики в 1993 году. А новое открытие LIGO является первым наблюдением самих гравитационных волн, которые удалось зарегистрировать исследовав крошечные флуктуации, которые волны передают пространству-времени, по мере движения к Земле.

«Это наше наблюдение гравитационных волн является финишной чертой амбициозной цели, которая была поставлена исследователями более пяти десятилетий назад. Уже тогда астрофизики мечтали непосредственно обнаружить это неуловимое явление и лучше понять Вселенную. Это очень символично, что гравитационные волны были обнаружены в год столетнего юбилея публикации Общей теории относительности», — Дэвид Рейц из Калифорнийского технологического института, руководитель лаборатории LIGO.

LIGO гравитационные волны расположение

Приблизительное расположение источника гравитационных волн, обнаруженных 14 сентября 2015 года. Здесь показано небо южного полушария. Цветные линии указывают различные вероятности того, откуда шли волны: фиолетовым цветом обведена область, о которой с 90-процентной уверенностью можно сказать, что оттуда прибыл сигнал. И в то же самое время внутри фиолетовой области есть своя градация. Жёлтая линия показывает вероятность прибытия сигнала именно из того участка, она характеризует 10-процентную вероятность. Под заштрихованной областью справа в виде нечёткого пятна видно Большое Магелланово Облако. Чуть ниже его — Малое. Источник: LIGO

Это открытие стало возможным благодаря улучшениям, которые были применены на всей инфраструктуре обсерваторий LIGO, вследствие чего проводимые обзоры стали получать наименование Advanced LIGO. Главная модернизация коснулась увеличения чувствительности детекторов, что позволило существенно увеличить объём исследуемой Вселенной. В полностью снаряжённом состоянии обновлённая система LIGO в десять раз чувствительнее прежней модификации. Это может показаться удивительным, но гравитационные волны были обнаружены сразу во время первого исследования Advanced LIGO.

«Это событие — начало новой эры в области астрономии гравитационных волн. Теперь она является действительностью», — говорит в своём докладе Габриэла Гонзалез, преподаватель физики и астрономии в Университете штата Луизиана.

Первоначально интерферометр LIGO был предложен в качестве средства поиска гравитационных волн в 80-х годах XX века Райнером Вайсом, заслуженного профессора физических наук Массачусетского технологического института; Кипом Торном и Рональдом Дривером — профессорами физических наук в Калифорнийском технологическом институте.

«То, что мы увидели, красиво описано в Общей теории относительности Эйнштейна, которую он сформулировал 100 лет назад. Было бы очень интересно сейчас посмотреть на его выражение лица, если бы мы могли сказать ему об этом», — говорит Райнер Вайс.

«Благодаря этому открытия мы сможем предпринять удивительные попытки исследования деформированной стороны Вселенной — тех объектов и явлений, в основе которых лежит искривлённое пространство-время. Сталкивающиеся чёрные дыры и гравитационные волны — наши первые предвестники», — говорит Кип Торн.

Каждая обсерватория LIGO оборудована 4-километровым L-образным рукавом, который расщепляет лазерный луч на два. Эти лучи движутся вперёд и назад по рукаву, который имеет 1.22 метра в диаметре и внутри которого создана практически идеальная вакуумная среда. Эти лучи используются для того, чтобы контролировать расстояние между зеркалами, точно установленными в концах рукавов. Каждый рукав содержит в себе интерферометр Майкельсона, а зеркала нужны для того, чтобы сформировать резонатор Фабри-Перо. Согласно теории Эйнштейна, расстояние между зеркалами изменится на бесконечно малую величину в тот момент, когда гравитационная волна пройдёт через датчик. В результате в такой системе удаётся зарегистрировать изменение в длине рукавов, меньше, чем одна десятитысячная от диаметра протона (10-19 метров).

Но, одной регистрации события мало. Необходимо заручиться поддержкой независимых и отстоящих друг от друга на большие расстояния других обсерваторий, чтобы вычислить направление на событие, которое вызвало возникновение гравитационных волн. Также это необходимо для того, чтобы убедиться, что сигнал пришёл именно из космоса, а не откуда-то ещё. Поэтому лаборатория LIGO тесно сотрудничает с индийскими учёными из Межуниверситетского центра астрономии и астрофизики.

Ранее исследователи из другой коллаборации BICEP заявляли, что смогли зафиксировать первородные гравитационные волны, но затем эта информация была опровергнута.

По информации объединения LIGO.

Comments

  1. Вообще то, эти волны не гравитационной природы, они порождение сил инерции.
    Это волны пространства, а их обнаружить невозможно.
    И как бы не пришлось коллаборационистам снова писать «откат».
    Вопросов очень много, а интригу тянули, видимо тянули время до 100летия теории.

  2. Дмитрий

    никс, ты видимо самый умный тут и эйнштейн поосто сумасшедший,так?

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google