Вчені відкрили гравітаційні хвилі

57

Колаборація LIGO, в яку входять понад тисячі вчених, вперше спостерігала коливання простору-часу — гравітаційні хвилі, які прийшли на Землю від катастрофи, що сталася далеко у Всесвіті, повідомляє сайт Московського державного університету імені М. в. Ломоносова. Це підтверджує важливе передбачення загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна 1916 року і відкриває безпрецедентну нове бачення космосу.

«Наукове значення цього відкриття величезна. Як і у випадку електромагнітних хвиль, ми усвідомлюємо його в повній мірі через деякий час, — говорить професор фізичного факультету МДУ Валерій Митрофанов, керівник московської групи колаборації LIGO. —

Фізики прийшли до висновку, що виявлені гравітаційні хвилі були породжені двома чорними дірами в останні долі секунди їх злиття з утворенням однієї, більш масивною обертається чорної діри. Можливість зіткнення двох чорних дір передбачалася, але така подія ніколи раніше не спостерігалося.

Гравітаційні хвилі були зареєстровані 14 вересня 2015 року в 5:51 ранку за літнім північноамериканському східним часом (13:51 за московським часом) на двох детекторах-близнюках Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO — Laser Interferometric Gravitational Observatory), розташованих в Лівінгстоні, штат Луїзіана, і Хэнфорде, штат Вашингтон, США. Обсерваторія LIGO фінансується Національним науковим фондом (NSF) США і була задумана, побудована і експлуатується Каліфорнійським і Массачусетським технологічними інститутами. Відкриття, повідомлення про який прийнято до публікації в журналі Physical Review Letters, було зроблено на основі показань двох детекторів спільно наукової колаборацією LIGO (яка включає в себе також колаборацію GEO і Австралійський консорціум інтерферометричної гравітаційної астрономії) і колаборацією VIRGO.

На підставі спостерігалися сигналів вчені LIGO оцінили, що чорні діри, які брали участь у цій події, мали маси в 29 і 36 разів більше маси Сонця, а сама подія сталася 1,3 мільярда років тому. За частки секунди приблизно три сонячних маси перетворилися в гравітаційні хвилі, максимальна потужність випромінювання яких була приблизно в 50 разів більше, ніж від усієї видимої Всесвіту. Аналізуючи моменти приходу сигналів — детектор в Лівінгстоні записав подія на 7 мілісекунд раніше детектора в Хэнфорде — вчені можуть сказати, що джерело був розташований у південній півкулі.

Відповідно до загальної теорії відносності, пара чорних дір, що обертаються навколо один одного, втрачають енергію на випромінювання гравітаційних хвиль, що змушує їх поступово зближуватися протягом мільярдів років, і набагато швидше — на останніх хвилинах. Під час останньої частки секунди дві чорні діри стикаються зі швидкістю майже в половину світловий з утворенням однієї, більш масивної чорної діри. При цьому частина маси злилися чорних дір перетворюється в енергію відповідно з формулою Ейнштейна E = mc2.

Ця енергія випромінюється у вигляді сильного сплеску гравітаційних хвиль, які спостерігалися LIGO.

Гравітаційні хвилі на Землі викликають надзвичайно малі обурення. Детектори LIGO виявили відносні коливання пар пробних мас, рознесених на 4 км, завбільшки в 10-19 м (це у стільки ж разів менше розміру атома, у скільки атом менше яблука).

Дослідження в LIGO здійснюються в рамках наукової колаборації LIGO (LSC — LIGO Scientific Collaboration), колективом із понад 1000 вчених з університетів в Сполучених Штатах і 14 інших країн, включаючи Росію. У розробці детекторів і аналізі даних беруть участь понад 90 університетів і науково-дослідних інститутів, істотний внесок вносить участь близько 250 студентів.

Мережа детекторів LSC включає інтерферометри LIGO і детектор GEO600. Команда GEO включає вчених з Інституту гравітаційної фізики товариства Макса Планка (Інститут Альберта Ейнштейна, AEI) і університету Лейбніца в Ганновері в партнерстві з університетами великої Британії: Глазго, Кардіффа, Бірмінгема та іншими, а також університету Балеарських островів в Іспанії.

Створення LIGO для виявлення гравітаційних хвиль було запропоновано в 1980 році професором фізики MIT Райнером Вайссом, професором теоретичної фізики Калтеха Кіпом Торном і професором фізики того ж інституту Рональдом Дривером. Нині всі вони є заслуженими професорами цих інститутів.

Відкриття стало можливим завдяки новим можливостям обсерваторії другого покоління (Advanced LIGO), істотно модифікованої порівняно з першим, що дозволило значно збільшити обсяг зондируемой Всесвіту і відкрити гравітаційні хвилі вже під час першого циклу спостережень.