Содержание
Открытие гравитационных волн | Лаборатория космических исследований
В 1916 году великий физик Альберт Эйнштейн объявил миру о всем известной сегодня Общей теории относительности, согласно которой существуют некие гравитационные волны, которые, как и другие виды волн, являются колебаниями. По теории Эйнштейна гравитационные волны — это колебания ткани пространства-времени. Это удивительное предположение целый век оставалось лишь теорией, заставляя ломать умы множества ученых. Некоторые пытались ее доказать, кто-то старался опровергнуть. И вот, наконец, этим многочисленным спорам был положен конец.
11 февраля 2016 года на пресс-конференции в Национальном пресс-клубе в Вашингтоне было официально объявлено о долгожданном открытии гравитационных волн. Авторами открытия стали группа исследователей, объединенных в международную гравитационную обсерваторию LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).
Ученые давно предполагали, что наиболее мощные гравитационные волны вызывают крупные космические катаклизмы. Например, столкновение двух крупных объектов, взрывы звезд, образование Черных дыр и другие. После такого рода явлений, возникшие гравитационные волны должны распространиться по Вселенной, а однажды и достичь Земли, где их уже будут ждать в LIGO. Суть ловли этих волн была следующей. Два лазерных луча направляют перпендикулярно друг другу по трубам огромной длины. В LIGO длина трубы 4 километра. Затем при помощи зеркал лучи сводят в один, а далее исследуют стандартную интерференционную картину. Когда гравитационные волны достигли Земли, пространство сузится в одном направлении и расширится в перпендикулярном. Следовательно, расстояния, проделанные лучами, изменятся. Это и отразится на интерференционной картинке, которая выглядит как концентрические окружности (т.е. окружности замкнутые сами на себе).
Многие годы в LIGO проделывали вышеупомянутый опыт, но он, увы, не давал ни малейшего результата.
Однако недавно обсерваторию улучшили, сделав лазерные интерферометры гораздо чувствительнее, и назвали ее Advanced LIGO. После этого ученым и удалось добиться нужного результата, наконец, увидев с помощью LIGO гравитационные волны. По предположениям ученых волны пришли от столкновения двух сверхмассивных черных дыр, что дает весомый аргумент в пользу существования черных дыр, которое еще не доказано. Данное столкновение произошло аж 1,3 миллиарда лет назад, и только сейчас гравитационные возмущения достигли Земли.
Таким образом, 11 февраля 2016 года миру было представлено одно из великих открытий, подтверждающее известную теорию Эйнштейна и дающее начало новой эре гравитационно-волновой астрономии. Теперь, не останавливаясь на достигнутом, физики будут пытаться безустанно разгадать некоторые загадки темной материи и ранних этапов развития Вселенной, а также заглянуть в области, где нарушается ОТО, что значительно продвинет современную астрофизику, приближая нас к величайшим загадкам Вселенной.
..
Гравитационные волны: подарок к столетию теории относительности
https://ria.ru/20160218/1376836545.html
Гравитационные волны: подарок к столетию теории относительности
Гравитационные волны: подарок к столетию теории относительности — РИА Новости, 02.03.2020
Гравитационные волны: подарок к столетию теории относительности
Регистрация гравитационных волн дает физикам новые возможности для развития науки и изучения истории Вселенной, однако практические технологии на основе данного открытия появятся нескоро, полагают ученые.
2016-02-18T18:54
2016-02-18T18:54
2020-03-02T19:59
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/137229/33/1372293351_0:0:4400:2475_1920x0_80_0_0_b67df3cb0639124ea03c81ae407fb180.jpg
россия
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
2016
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/137229/33/1372293351_513:0:3813:2475_1920x0_80_0_0_32a8cd58a60e592971d1a84a37406eb8.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
россия
Наука, Россия
МОСКВА, 18 фев — РИА Новости. Экспериментальное подтверждение существования гравитационных волн – «ряби» пространства-времени — стало грандиозным успехом мировой астрофизики и своеобразным подарком Альберту Эйнштейну к 100-летию его общей теории относительности, считают участники Московской группы коллаборации LIGO.
17 февраля 2016, 15:17
Индия построит лабораторию для изучения гравитационных волнВ рамках проекта, который будет реализован в сотрудничестве с обсерваторией LIGO в США, специалисты, в частности, построят восьмикилометровую лучевую трубку в сверхвысоком вакууме.
Гравитационные волны были впервые в истории зафиксированы 14 сентября 2015 года детекторами гравитационной обсерватории LIGO в американских штатах Луизиана и Вашингтон.
Ученым из Массачусетского и Калифорнийского технологических институтов удалось зафиксировать «рябь» пространства-времени от катастрофического столкновения двух черных дыр в дальнем космосе.
Масса этих черных дыр в 29 и 36 раз превышала массы Солнца, а само слияние произошло 1,3 миллиарда лет назад, но двигающаяся со скоростью света гравитационная волна дошла до Земли лишь сейчас.
Новый прорыв
Одно из главных достижений проекта по обнаружению гравитационных волн – это то, что теоретические данные полностью совпали с реальным экспериментом. Ученые сумели показать, что излучение гравитационных волн произошло именно в результате слияния двух черных дыр, заявил РИА Новости заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова доктор физико-математических наук Сергей Вятчанин.
«Поймали, во-первых, на двух антеннах (двух детекторах, которые разделяет 3 тысячи километров), а во-вторых сформулировали сценарий, и он «лег», так сказать. Вот это огромное достижение… Это черные дыры, 30 солнечных масс, слились, … и последняя агония этого слияния и дала этот огромный всплеск», — сказал ученый.
Профессор физического факультета МГУ, руководитель Московской группы коллаборации LIGO Валерий Митрофанов отметил, что существование гравитационных волн уже давно не ставилось научным сообществом под сомнение.
17 февраля 2016, 13:44
КНР будет изучать гравитационные волны вместе с ЕКАЧлен академии наук Китая У Юэлян рассказал о проекте по изучению гравитационных волн «Тайцзи», который предусматривает, в том числе, запуск группы спутников.
Многие ученые, которые занимаются другими темами, уже думали над тем, как данное явление может быть использовано в их исследованиях, хотя экспериментальное подтверждение существования волн гравитации состоялось только в сентябре 2015 года, отметил профессор.
Еще полгода ушли на тщательнейшую проверку полученных данных, и когда стало ясно, что ошибка практически исключена (на 100% она исключена не может быть, в принципе), было объявлено об открытии – без сомнений, одном из крупнейших в истории астрофизики.
Технологии появятся нескоро
Регистрация гравитационных волн открывает новые возможности для развития науки, однако практические технологии на основе данного явления появятся нескоро, считают физики.
«Очень трудно рассчитывать на то, что открытие гравитационных волн будет способствовать повышению комфорта жизни», — иронизирует Вятчанин.
С другой стороны, он привел в пример открытие электромагнитных волн в XIX веке – когда оно было сделано, мало кто мог представить, что чуть ли не все технические новации XX века будут базироваться на этом явлении.
16 февраля 2016, 19:32
Ученые могут открыть новые источники гравитационных волн в этом годуОткрытие гравитационных волн позволит ученым регистрировать сигналы «черных дыр», заявил один из соавторов открытия Сергей Клименко. По его словам, чувствительность детекторов гравитационной обсерватории LIGO вырастет еще примерно в три раза.
По словам Митрофанова, тема создания прикладных технологий, основанных на гравитационных волнах, очень интересная, и «может неожиданно сыграть» в будущем.
Но в настоящее время трудно представить, когда и в какой форме эти технологии будут реализованы.
История Вселенной
Задача обнаружения реликтовых гравитационных волн, которые стали следствием событий, произошедших сразу после зарождения Вселенной, на порядок сложнее, чем детекция сигнала от такого большого и катастрофического события, как слияние черных дыр. Однако, по мнению российских ученых, в конце концов, эта задача будет решена, что позволит совершить значительный шаг в изучении истории Вселенной.
«Гравитационные волны не поглощаются материей, мы можем заглянуть в самые-самые начальные моменты после Большого взрыва, так скажем, когда, собственно, началась Вселенная и начала развиваться», — пояснил Митрофанов.
Вятчанин отметил, что обнаружение реликтового гравитационного фона – «значительно более сумасшедшая» задача, чем та, которая была решена коллаборацией LIGO. Однако в отдаленной перспективе человечество сможет создать достаточно чувствительные приборы, которые смогут «поймать» реликтовые гравитационные волны, что позволит «просеять» космологические теории и отделить те, которые не соответствуют полученным данным, указал профессор.
16 февраля 2016, 18:00
Гравителескоп LISA Pathfinder перешел в «научный» режим работыПрототип гравителескопа LISA Pathfinder сделал первый шаг к началу научной части миссии, успешно сняв фиксаторы с двух золотых кубов, за движениями которых под действием гравитационных волн зонд начнет 23 февраля этого года.
Темная материя
Одна из тайн Вселенных, в разгадке которой может помочь открытие, касается темной материи – загадочного вещества, которое, по расчетам, должно вместе с темной энергией составлять большую часть состава Вселенной, но при текущем уровне развития технологий не может быть обнаружено.
По словам Митрофанова, темная материя, возможно, способна испускать гравитационные волны и взаимодействовать с ними, но пока никаких указаний на это нет. Тем не менее, исследования на стыке изучения гравитационных волн и темной материи способны дать интересные результаты. Однако значимым открытиям будет предшествовать период накопления данных и обработки полученной информации, указал исследователь.
Сергей Вятчанин также придерживается мнения, что гравитационные волны можно использовать для изучения темной материи. Но ученый отметил, что к настоящему моменту не разработаны сценарии, которые бы описывали излучение гравитационных волн темной материей.
Проект LIGO — система из двух одинаковых детекторов, тщательно настроенных для детектирования невероятно малых смещений метрики пространства-времени от прохождения гравитационных волн. Детекторы расположены в 3 тысячах километров друг от друга.
Исследования осуществляются в рамках научной коллаборации LIGO (LSC — LIGO Scientific Collaboration) коллективом из более чем тысячи ученых из университетов США и 14 других стран, включая РФ. Россия представлена двумя научными коллективами: группой физического факультета Московского университета и группой академического Института прикладной физики (Нижний Новгород).
Гравитационные волны: что их открытие означает для науки и человечества
Компьютерное моделирование, показывающее гравитационные волны во время столкновения с черной дырой.
Открытие имеет большое значение для науки.
(Изображение предоставлено: MPI for Gravitational Physics/W.Benger-Zib)
Вчера утром (11 февраля) люди во всем мире обрадовались, когда ученые объявили о первом прямом обнаружении гравитационных волн — ряби в ткани пространства-времени, существование которых впервые было предположено Альбертом Эйнштейном в 1916.
Волны исходили от двух черных дыр, которые кружили друг вокруг друга все ближе и ближе, пока, наконец, не столкнулись. Недавно модернизированная Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) зафиксировала сигнал 14 сентября 2015 года. Не каждое научное открытие получает такой прием, так что же это за шумиха вокруг, и что будет дальше с LIGO теперь, когда она обнаружила эти неуловимые волны?
Во-первых, обнаружение двух сталкивающихся черных дыр само по себе захватывающе — никто не знал наверняка, действительно ли черные дыры сливаются вместе, образуя еще более массивные черные дыры, но теперь есть физическое доказательство.
И есть радость от того, что наконец-то есть прямые доказательства явления, которое было впервые предсказано 100 лет назад с использованием инструмента, предложенного 40 лет назад. [Гравитационные волны, обнаруженные LIGO: полное покрытие]
Но что поистине монументально в этом открытии, так это то, что оно дает человечеству возможность увидеть вселенную совершенно по-новому, говорят ученые. Способность непосредственно обнаруживать гравитационные волны, которые генерируются ускорением или замедлением массивных объектов в космосе, сравнивают с глухим человеком, который внезапно обретает способность слышать звук. Теперь доступна совершенно новая область информации.
«Это похоже на то, как Галилей впервые направляет телескоп на небо», — сказал Space.com член команды LIGO Василики (Вики) Калогера, профессор физики и астрономии Северо-Западного университета в Иллинойсе. «Вы открываете глаза — в данном случае наши уши — на новый набор сигналов из вселенной, которые наши прежние технологии не позволяли нам получать, изучать и извлекать уроки».
«До сих пор мы были глухи к гравитационным волнам, — сказал исполнительный директор LIGO Дэвид Рейтце из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) во время церемонии объявления в Вашингтоне, округ Колумбия. мы услышим больше, и, без сомнения, мы услышим то, что ожидали услышать… но мы также услышим то, чего никак не ожидали».
Благодаря этому новому чувственному взгляду на Вселенную ученые надеются открыть некоторые вещи.
Новые окна во Вселенную
Движущиеся массы генерируют волны гравитационного излучения, которые растягивают и сжимают пространство-время. Посмотрите, как работают гравитационные волны, в этой инфографике Space.com. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)
LIGO особенно чувствителен к гравитационным волнам, возникающим в результате насильственных космических событий, таких как столкновение двух массивных объектов или взрыв звезды. У обсерватории есть потенциал для обнаружения этих объектов или событий до того, как это смогут сделать световые телескопы, а в некоторых случаях наблюдения с помощью гравитационных волн могут быть единственным способом найти и изучить такие события.
Например, во вчерашнем объявлении ученые сообщили, что LIGO обнаружила две черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга и сливающиеся вместе в финальном энергетическом столкновении. Как следует из их названия, черные дыры не излучают свет, а это означает, что они невидимы для телескопов, собирающих и изучающих электромагнитное излучение. Некоторые черные дыры видны в световые телескопы, потому что вещество в непосредственной близости от них излучает, но ученые не видели примеров слияния черных дыр с излучающим веществом вокруг них.
Кроме того, черные дыры, обнаруженные LIGO, в 29 и 36 раз больше массы Солнца соответственно. Но Рейтце сказал, что по мере того, как чувствительность LIGO продолжает улучшаться, инструмент может быть чувствителен к черным дырам, масса которых в 100, 200 или даже 500 раз превышает массу Солнца и которые находятся дальше от Земли. «Там может быть действительно хорошее пространство для открытий, которое откроется, когда мы туда доберемся», — сказал он.
Ученые уже знают, что изучение неба в различных длинах волн света может дать новые данные о космосе. На протяжении многих веков астрономы могли работать только с оптическим светом. Но относительно недавно исследователи построили инструменты, позволяющие им изучать Вселенную с помощью рентгеновских лучей, радиоволн, ультрафиолетовых волн и гамма-лучей. Каждый раз ученые получали новый взгляд на Вселенную.
Точно так же гравитационные волны могут показать ученым совершенно новые свойства космических объектов, говорят члены команды LIGO. [Изучение гравитационных волн может раскрыть многие тайны (видео)]
«Если нам когда-нибудь посчастливится получить сверхновую в нашей собственной галактике или, может быть, в соседней галактике, мы сможем увидеть реальную динамику что происходит внутри сверхновой», — сказал соучредитель LIGO Райнер Вайс из Массачусетского технологического института, выступавший на церемонии объявления. В то время как свет часто блокируется пылью и газом, «гравитационные волны исходят прямо [из сверхновой], совершенно беспрепятственно», — сказал Вайс.
«Как следствие, вы действительно узнаете, что происходит внутри этих вещей».
Другими экзотическими объектами, которые ученые надеются изучить с помощью гравитационных волн, являются нейтронные звезды, которые представляют собой умопомрачительно плотные, сгоревшие звездные трупы: чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы около миллиарда тонн на Земле. Ученые не уверены, что происходит с обычной материей в таких экстремальных условиях, но гравитационные волны могут дать чрезвычайно полезные подсказки, потому что эти волны должны нести информацию о внутренней части нейтронной звезды на всем пути к Земле, заявили ученые LIGO.
В LIGO также есть система, предназначенная для оповещения световых телескопов, когда детектор обнаруживает гравитационную волну. Некоторые астрономические явления, которые будет изучать LIGO, такие как столкновение нейтронных звезд, могут производить свет на всех длинах волн, от гамма-лучей до радиоволн. По словам Рейтце, с системой оповещения LIGO ученые могли бы наблюдать за некоторыми астрономическими событиями или объектами в различных длинах волн света, а также за гравитационными волнами, что дало бы «очень полную картину» этих событий.
«Когда это произойдет, я думаю, это будет следующее большое событие в этой области», — сказал он.
Теория относительности
Гравитационные волны были впервые предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, которая была опубликована в 1916 году. Эта знаменитая теория выдержала всевозможные физические проверки, но есть некоторые аспекты, которые ученые не смогли изучить. в реальном мире, потому что они требуют очень экстремальных обстоятельств. Крайнее искривление пространства-времени является одним из примеров этого.
«До сих пор мы видели искривленное пространство-время только тогда, когда оно было очень спокойным — как если бы мы видели поверхность океана только в очень спокойный день, когда она совершенно стеклянная», — Кип Торн из Калифорнийского технологического института, еще один основатель заявил на вчерашней церемонии член LIGO и эксперт по искривленному пространству-времени. «Мы никогда не видели океан, взволнованный штормом, с разбивающимися волнами.
Все изменилось 14 сентября. Столкновение черных дыр, породивших эти гравитационные волны, вызвало сильный шторм в ткани пространства и времени». [История и строение Вселенной (инфографика)]
«Это наблюдение прекрасно, очень сильно проверяет этот режим», продолжил Торн. «И Эйнштейн выходит с блестящим успехом».
Но изучение общей теории относительности с помощью гравитационных волн далеко не завершено. Остаются вопросы о природе гравитона, частицы, которая, как считается, несет гравитационную силу (точно так же, как фотон является частицей, несущей электромагнитную силу). И у ученых есть много вопросов о внутренней работе черных дыр, которые гравитационные волны могут помочь прояснить (так сказать). Но все это, по словам ученых, будет раскрываться медленно, в течение многих лет, поскольку LIGO и связанные с ним инструменты собирают больше данных о большем количестве событий.
Наследие будущего
Используя лазерные лучи, ученые обнаружили физические искажения, вызванные прохождением гравитационных волн.
Посмотрите, как обсерватория LIGO охотится за гравитационными волнами, в этой инфографике Space.com. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)
Глядя на следующие три года, Райтце сказал, что сотрудничество сосредоточено на повышении чувствительности LIGO до полного раскрытия его потенциала. Это сделает обсерваторию, состоящую из двух больших детекторов, один в Луизиане, а другой в штате Вашингтон, более чувствительной к гравитационным волнам. Но ученые не знают, сколько событий увидит LIGO, потому что они не знают, как часто эти события происходят во Вселенной.
LIGO обнаружил слияние двойных черных дыр еще до того, как инструмент начал свою первую официальную наблюдательную кампанию после недавней модернизации, но, возможно, это был счастливый случай. Чтобы запустить гравитационно-астрономический поезд, LIGO просто нужно больше данных.
Когда Рейтце попросили прокомментировать влияние LIGO на мир за пределами научного сообщества и то, как гравитационно-волновая наука может повлиять на повседневную жизнь людей, Рейтце просто сказал: «Кто знает?»
«Когда Эйнштейн предсказал общую теорию относительности, кто бы мог предположить, что мы будем использовать ее каждый день, когда пользуемся мобильными телефонами?» он сказал.
(Общая теория относительности дает понимание того, как гравитация влияет на течение времени, и эта информация необходима для технологии GPS, которая использует спутники, вращающиеся дальше от гравитационного притяжения Земли, чем люди на поверхности).
LIGO — это «самый чувствительный инструмент из когда-либо созданных», — сказал Рейтце, и технологические достижения, достигнутые при строительстве обсерватории, могут быть использованы в технологиях, которые люди еще не могут предсказать.
Торн сказал, что видит большой вклад LIGO несколько иначе.
«Когда мы оглядываемся на эпоху Возрождения и спрашиваем себя: «Что важного для нас сегодня дали люди той эпохи?» Я думаю, мы все согласимся, что это великое искусство, великая архитектура, великая музыка», — сказал он.
«Точно так же, когда наши потомки оглядываются на эту эпоху и спрашивают себя: «Что великого пришло к нам?» … Я верю, что будет понимание фундаментальных законов Вселенной и понимание того, что эти законы делают во Вселенной, и исследование Вселенной», — добавил Торн.
«LIGO — большая часть этого. Большая часть остальной части астрономии. любого рода. Я думаю, мы должны гордиться тем, что мы даем нашим потомкам в культурном отношении».
Подписывайтесь на Каллу Кофилд @callacofield . Подпишитесь на нас @Spacedotcom , Facebook и Google+ . Оригинальная статья о Space.com .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Калла Кофилд присоединилась к команде Space.com в октябре 2014 года. Ей нравится писать о черных дырах, взрывающихся звездах, ряби в пространстве-времени, науке в комиксах и обо всех тайнах космоса. До прихода в Space.com Калла работала писателем-фрилансером, ее работы публиковались в APS News, журнале Symmetry, Scientific American, Nature News, Physics World и других изданиях.
С 2010 по 2014 год она была продюсером подкаста Physics Central. Ранее Калла работала в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке (это лучшее офисное здание) и в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии. Калла изучала физику в Массачусетском университете в Амхерсте и родом из Сэнди, штат Юта. В 2018 году Калла покинула Space.com, чтобы присоединиться к медиа-группе Лаборатории реактивного движения НАСА, где она курирует астрономию, физику, экзопланеты и миссию Лаборатории холодного атома. Она побывала под землей на трех крупнейших ускорителях частиц в мире и очень хотела бы знать, что же такое, черт возьми, темная материя. Свяжитесь с Каллой через: Электронная почта – Твиттер
Обнаружены гравитационные волны Эйнштейна
Спустя сто лет после того, как Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн, ученые, наконец, заметили эти неуловимые ряби в пространстве-времени.
11 февраля физики из Усовершенствованной лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) сообщили, что их близнецы-детекторы услышали гравитационный «звон», вызванный столкновением двух черных дыр размером около 400 мегапарсеков (1,3 миллиарда световых лет) с Земли 1,2 .
« Дамы и господа, мы обнаружили гравитационные волны», — заявил на пресс-конференции в Вашингтоне исполнительный директор лаборатории LIGO Дэвид Рейце. «Мы сделали это!»
Гравитационные волны: 6 космических вопросов, на которые они могут ответить
Масса одной черной дыры примерно в 36 раз превышает массу Солнца, а массы другой — около 29 масс Солнца. По мере того, как они неумолимо вращались друг в друге, они сливались в единую, более массивную гравитационную воронку в пространстве-времени, которая весила 62 массы Солнца, по оценкам команды LIGO.
« Эти удивительные наблюдения являются подтверждением множества теоретических работ, в том числе общей теории относительности Эйнштейна, которая предсказывает гравитационные волны», — говорит физик Стивен Хокинг из Кембриджского университета, Великобритания. Хокинг заметил, что сам Эйнштейн никогда не верил в черные дыры.
Это первое слияние черных дыр, которое наблюдали ученые.
Это сильное событие временно излучало больше энергии — в виде гравитационных волн — чем все звезды в наблюдаемой Вселенной излучали в виде света за то же время.
Авторы и права: Ник Спенсер/Nature
При воспроизведении в виде слышимого звука волны издают безошибочно узнаваемый «чириканье» — быстро нарастающий тон, за которым следует «звон вниз», диаграмма излучения слившейся черной дыры. «Громкость» записанного сигнала также дает приблизительное представление о том, когда произошло слияние: между 600 миллионами и 1,8 миллиардами лет назад.
Работа будет опубликована в серии статей в журналах Physical Review Letters 1 и Astrophysical Journal.
Историческое открытие, которое, по словам физиков, вскоре приведет к Нобелевской премии, открывает новую область гравитационно-волновой астрономии, в которой ученые будут слушать волны, чтобы узнать больше об объектах, которые могут их производить, включая черные дыры, нейтронные звезды и сверхновые.
«Это только первый шаг в гораздо более масштабном и захватывающем развитии», — говорит Илья Мандель, физик-теоретик из Бирмингемского университета, Великобритания. По его словам, гравитационные волны присоединятся к γ-лучам, рентгеновским лучам и радиоволнам как «часть набора инструментов, который у нас есть для понимания Вселенной».
Это также долгожданная победа эксперимента LIGO, который потратил десятилетие на поиск сигнала в 2000-х годах, прежде чем модернизация стоимостью 200 миллионов долларов США улучшила чувствительность его двойных детекторов, одного в Ливингстоне, штат Луизиана, и другого. другой в Хэнфорде, Вашингтон.
Волна открытий
Само открытие было сделано до того, как обновленная версия Advanced LIGO официально начала собирать научные данные. В 11:50 по центральноевропейскому времени 14 сентября, во время первого запуска эксперимента, физик LIGO Марко Драго из Института гравитационной физики Макса Планка в Ганновере, Германия, увидел странный сигнал на своем компьютере.
Программное обеспечение, которое анализирует данные в режиме реального времени, указывало, что оба интерферометра зафиксировали волну, напоминающую чириканье птицы с быстро нарастающим тоном. В течение часа новость дошла до босса Драго, физика Брюса Аллена. Запись выглядела слишком хорошо, чтобы быть правдой. «Когда я впервые увидел это, я сказал: «О, это, очевидно, инъекция», — говорит Аллен.
Сигналы гравитационных волн, обнаруженные двумя станциями LIGO.
Кредит: LIGO
Это были колебания, которые начинались с 35 циклов в секунду (герц) и быстро увеличивались до 250 герц. Затем оно стало хаотичным и быстро утихло; все закончилось за одну четвертую секунды. Важно отметить, что оба детектора увидели его примерно в одно и то же время — сначала Ливингстон, а через 7 миллисекунд — Хэнфорд. Эта задержка указывает на то, как волны пронеслись по Земле.
Другие детекторы гравитационных волн — интерферометр Virgo около Пизы, Италия, и интерферометр GEO600 около Ганновера — в то время не работали и поэтому не могли подтвердить сигнал.
Если бы Advanced Virgo был включен, он, вероятно, также обнаружил бы это событие, говорит его представитель Фульвио Риччи, физик из Римского университета Ла Сапиенца. Ученые LIGO провели серию тщательных проверок, чтобы убедиться, что сигнал реален и означает то, что, по их мнению, он делает.
В прошлом несколько высокопоставленных членов команды LIGO проверяли способность группы подтверждать потенциальное открытие, тайно вводя «слепые инъекции» поддельных гравитационных волн в поток данных, чтобы проверить, может ли исследовательская группа отличить настоящие от поддельных. сигналы. Но сентябрьское обнаружение произошло до того, как были сделаны слепые инъекции, поэтому считается, что это сигнал реального астрофизического явления во Вселенной.
Чтобы определить источник гравитационных волн, исследователи должны провести триангуляцию сигнала, полученного различными машинами, разбросанными по Земле. Когда оба детектора LIGO будут работать вместе с Virgo или GEO600, ученые ожидают, что смогут лучше обнаруживать будущие источники гравитационных волн.
Еще один интерферометр в Японии находится в стадии разработки, и было предложено создать третью площадку LIGO в Индии. Более широкое географическое распространение детекторов повысит доверие к любым сигналам.
Природа
Специальное предложение: Гравитационные волны
Прямое обнаружение
Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что любое космическое событие, которое с достаточной силой нарушает ткань пространства-времени, должно вызывать гравитационную рябь, распространяющуюся по Вселенной. Земля должна быть захлестнута такими волнами, но к тому времени, как они достигают нас, производимые ими возмущения ничтожно малы.
В 1974 году физики Джозеф Тейлор и Рассел Халс из Массачусетского университета в Амхерсте косвенно подтвердили существование гравитационных волн, наблюдая радиовспышки, испускаемые парой нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга; сдвиги во времени вспышек совпали с предсказаниями Эйнштейна о том, как гравитационные волны будут уносить энергию от события.
Это открытие принесло им Нобелевскую премию по физике 1993 года (см.: «Столетние поиски гравитационных волн — в картинках»).
Авторы и права: адаптировано из Эндрю З. Колвин/CC-BY-SA 3.0
Но прямое обнаружение волн пришлось ждать с чувствительностью, достигнутой Advanced LIGO, которая может обнаруживать растяжения и сжатия пространства-времени, которые настолько малы, как одна часть из 10 22 — сравнимо с изменением расстояния от Солнца до Альфы Центавра, ближайшей к Солнечной системе, на волосок.
Двойные интерферометры LIGO направляют лазерные лучи между зеркалами на противоположных концах 4-километровых вакуумных труб, установленных перпендикулярно друг другу. Гравитационная волна, проходящая через него, изменит длину одного из плеч, в результате чего лазерные лучи будут немного рассинхронизированы.
На средства Национального научного фонда США машины были спроектированы и построены группами Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене и Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже.
Кип Торн и Рональд Древер из Калифорнийского технологического института вместе с Райнером Вайсом из Массачусетского технологического института были первоначальными основателями.
В настоящее время в коллаборацию LIGO входят более 1000 ученых. Изучая гравитационные волны, это новое поколение исследователей рассчитывает исследовать совершенно новые области физики, включая гравитацию сильного поля, очень раннюю Вселенную и то, как ведет себя материя при чрезвычайно высоких плотностях.
Хокинг говорит, что хотел бы использовать гравитационные волны для проверки своей теоремы о площади: «площадь последней черной дыры больше, чем сумма площадей внутренних черных дыр». Он добавляет: «Это подтверждается наблюдениями».
«Это самый настоящий рассвет новой эры», — говорит Манси Касливал, астроном из Калифорнийского технологического института.
Габриэла Гонсалес, Райнер Вайс и Кип Торн (слева направо) аплодируют, когда исполнительный директор LIGO Дэвид Рейтце объявляет об обнаружении гравитационных волн.