LIGO обнаруживает гравитационные волны
Примерно в 1915 и 1916 годах Эйнштейн разрушил известные тогда правила существования нашей Вселенной, заявив, что пространство не так статично, как предполагало научное сообщество. Скорее, немецкий физик заявил, что геометрия Вселенной постоянно искривляется и искажается окружающей ее энергией и материей. По сути, эта теория существовала как часть фундамента его работы по
общая теория относительности что объясняет, почему наблюдаемое гравитационное притяжение между массами является результатом искажения пространства-времени этими самыми массами. Сегодня работа Эйнштейна по общей теории относительности остается одним из жизненно важных столпов информации в астрофизике.
Несмотря на свои достижения в области общей теории относительности, Эйнштейну сильно не хватало средств для поиска гравитационных волн, и он даже считал, что их практически невозможно обнаружить. Однако сегодня исследователи из Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института используют устройство с двумя детекторами LIGO, которое может похвастаться способностью обнаруживать мельчайшие вибрации от проходящих гравитационных волн. Еще в сентябре 2015 года устройство LIGO уловило сигнал энергии, в 50 раз превышающий все звезды Вселенной вместе (!) превысили стандарт «пяти сигм» статистического анализа. значение. В течение пяти месяцев команда LIGO анализировала сигнал с помощью конвертирую его в аудио и слушать столкновение двух массивных черных дыр.
Рекомендуемые видео
«На самом деле мы слышим, как они стучат в ночи», — говорит доцент кафедры физики Массачусетского технологического института. Мэтью Эванс. «Мы получаем сигнал, который достигает Земли, и мы можем включить его в динамик и услышать, как эти черные дыры кричат: «Упс». В этом наблюдении есть очень внутренняя связь. Ты действительно слушаешь эти вещи, которые раньше были чем-то фантастическими».
Основана физиками в 1992 году. Кип Торн (с которым Кристофер Нолан, как известно, консультировался по поводу Межзвездный), Рональд Древер Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института Райнер ВайсЭксперимент LIGO был создан исключительно с целью обнаружения гравитационных волн. За первые восемь лет своего существования (2002-2010 гг.) ему не удалось обнаружить ни одной гравитационной волны, из-за чего эксперимент был временно приостановлен для установки улучшенных детекторов. После пятилетней реконструкции стоимостью 200 миллионов долларов, финансируемой в основном Национальным научным фондом (NSF), которая на самом деле стоила 620 миллионов долларов — новые и улучшенные объекты LIGO были запущены в эксплуатацию в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, Вашингтон.
Что касается самого инструмента, то каждая площадка LIGO может похвастаться L-образным интерферометром длиной примерно 4 километра, в котором используется расщепленный луч лазера, который проходит вверх и вниз по каждому плечу. Когда лазеры перемещаются по плечам, они прыгают между рядом точно расположенных зеркал, постоянно отслеживая точную длину пути между каждым зеркалом. Если (и в этом случае, когда) гравитационная волна пройдет через инструмент, расстояние, которое проходят лазеры между зеркалами, изменится настолько незначительно, что практически незаметно.
«Вы можете почти визуализировать это, как если бы вы уронили камень на поверхность пруда, и рябь исчезла», — говорят профессор астрофизики Кертис и Кэтлин Марбл из Массачусетского технологического института Нергис Малвальвала. «[Это] что-то, что искажает пространство-время вокруг себя, и это искажение распространяется наружу и достигает нас на Земле сотни миллионов световых лет спустя».
После компьютерного моделирования волн было установлено, что энергия исходит от объектов размером примерно в 29 и 36 раз массивнее Солнца. До потустороннего столкновения два объекта двигались по спирали на расстоянии всего 130 миль друг от друга, а затем в конечном итоге слились — то есть врезались друг в друга. По мнению члена LIGO Брюса Аллена, только чёрные дыры способны содержать такую массу массы в таком объёме. ограниченное пространство и далее добавил: «прежде чем вы сможете в принципе утверждать, существуют или нет черные дыры; теперь ты не можешь».
Хотя ученые LIGO могут сообщить о серьезности столкновения, произошел невидимый взрыв, способный вызвать взрыв атомной бомбы выглядит как простая искра, он потратил большую часть пяти месяцев на то, чтобы убедиться, что первоначальные показания были в факт, настоящий. По мере того, как из обнаруженного гравитационного сигнала медленно распространялись слухи, ученые работали день и ночь, чтобы определить, был ли он подлинным или нет. Возможные альтернативы на столе варьировались от собственных ложных сигналов лаборатории (или «слепых инъекций») до полномасштабной искусственной мистификации. Эти возможности вскоре были исключены после того, как команда поняла, что на самом деле не проводила никаких слепых тестов и что сфабрикованный сигнал крайне маловероятен.
«Мы думали, что будет огромной проблемой доказать себе и другим, что первые несколько сигналы, которые мы видели, были не просто случайностями и случайными шумами», — говорит директор лаборатории MIT LIGO Дэвид Сапожник. «Но природа была невероятно добра, подарив нам сигнал, который очень велик, чрезвычайно прост для понимания и абсолютно, великолепно соответствует теории Эйнштейна».
Теперь, когда команда эффективно доказала существование гравитационных волн, сама ткань астрофизики, общей теории относительности и всей Вселенной требует рассмотрения по-другому. Как Заметки в научном журналеФизик из Университета Джонса Хопкинса Марк Камионковски признает, что эти открытия открывают ученым двери для изучения общая теория относительности в экстремальных условиях — т. е. в тех случаях, когда гравитационное поле тела отвечает почти за всю его масса. Массачусетский технологический институт также признает, что гравитационное поле, обнаруженное устройством LIGO, является лишь верхушкой айсберга с точки зрения фундаментальной физики нашей Вселенной.
«Это действительно открывает совершенно новую область для астрофизиков», — добавляет Мэтью Эванс. «Мы всегда смотрим на небо в телескопы и ищем электромагнитное излучение, такое как свет, радиоволны или рентгеновские лучи. Теперь гравитационные волны — это совершенно новый способ познания Вселенной вокруг нас».
В дальнейшем команда LIGO намерена продолжать анализировать данные, собранные во время недавнего наблюдения, завершившегося в прошлом месяце — первого такого запуска с использованием модернизированных датчиков оборудования. В ходе поиска других сигналов гравитационных волн в обилии данных лаборатория заявила, что также готовится начать запись данных в июле этого года. Как свидетельствуют комментарии Дэвида Шумейкера, лаборатория не намерена почивать на лаврах гравитационных волн.
«Через несколько лет, когда он будет полностью введен в эксплуатацию, мы должны будем наблюдать события от самых разных объектов: черных дыр, нейтронных звезд, сверхновых, а также вещи, которые мы еще не представляли, с частотой раз в день или раз в неделю, в зависимости от того, сколько сюрпризов нас ждет», — Шумейкер. говорит. «Это наша мечта, и пока у нас нет оснований знать, что это неправда».
Полное обобщение результатов команды, опубликованное в журнале Physical Review Letters от 11 февраля, дополнительно объясняет, каким образом детекторы LIGO обнаруживают гравитационные волны. Было бы преуменьшением назвать эти результаты революционными, поскольку это открытие радикально меняет даже самые базовые представления о нашей Вселенной. Какое совершенно очаровательное время для жизни, а?
Рекомендации редакции
- Детские черные дыры щебечут при рождении, как и предсказывал Эйнштейн
