Гравитационные волны что это такое: история изучения и открытие LIGO

Содержание

Гравитационные волны | это… Что такое Гравитационные волны?

Гравитацио́нная волна́ — возмущение гравитационного поля, «рябь» ткани пространства-времени, распространяющаяся со скоростью света. Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности и многими другими теориями гравитации, но ввиду их чрезвычайной малости пока не зарегистрированы напрямую. Тем не менее, косвенные свидетельства их существования достаточно весомы — ОТО гравитационных волн предсказывает совпадающие с наблюдениями темпы сближения тесных систем двойных звёзд за счёт потери энергии на излучение гравитационных волн.

В рамках ОТО гравитационные волны описываются решениями уравнений Эйнштейна волнового типа, представляющими собой движущееся со скоростью света возмущение метрики пространства-времени. Проявлением этого возмущения должно являться, в частности, периодическое изменение расстояния между двумя свободно падающими (то есть не испытывающими влияния никаких сил) пробными массами. Амплитудой h гравитационной волны является безразмерная величина — относительное изменение расстояния. Предсказываемые максимальные амплитуды гравитационных волн от астрофизических объектов (например, компактных двойных систем) и явлений (взрывов сверхновых, слияний нейтронных звёзд, захватов звёзд чёрными дырами и т. п.) при измерениях в Солнечной системе весьма малы (h=10⁻¹⁸—10⁻²³). Слабая (линейная) гравитационная волна, согласно общей теории относительности, является поперечной и описывается двумя независимыми компонентами (имеет две поляризации).

Содержание

1 Генерация гравитационных волн
- 1.1 Гравитационный коллапс двойной системы
2 Регистрация гравитационных волн
3 См. также
4 Примечания
5 Литература
6 Ссылки

Генерация гравитационных волн

Система из двух нейтронных звезд порождает рябь пространства-времени

Гравитационную волну излучает любая движущаяся ускоренно материя. Для возникновения волны существенной амплитуды необходимы чрезвычайно большая масса излучателя или/и огромные ускорения, амплитуда гравитационной волны прямо пропорциональна ускорению и массе генератора, то есть ~ma. Однако, если некоторый объект движется ускоренно, то это означает, что на него действует некоторая сила со стороны другого объекта. В свою очередь этот другой объект испытывает обратное действие (по 3-му закону Ньютона), при этом оказывается, что m₁a₁ = −m₂a₂. Получается, что два объекта излучают гравитационные волны только в паре, причём в результате интерференции они существенно взаимно гасятся. Поэтому гравитационное излучение в общей теории относительности всегда носит по мультипольности характер как минимум квадрупольного излучения. Кроме того, для нерелятивистских излучателей в выражении для интенсивности излучения имеется малый параметр (r — характерный размер излучателя, T — характерный период движения излучателя, c — скорость света в вакууме).

Для Солнечной системы, например, наибольшее гравитационное излучение производит подсистема Солнца и Юпитера. Мощность этого излучения — примерно 5 киловатт, таким образом, энергия, теряемая Солнечной системой на гравитационное излучение за год, совершенно ничтожна по сравнению с характерной кинетической энергией тел.

Наиболее сильными источниками гравитационных волн являются:

сталкивающиеся галактики (гигантские массы, небольшие ускорения),
гравитационный коллапс двойной системы компактных объектов (колоссальные ускорения при довольно большой массе).
При слиянии нейтронных звёзд гравитационно-волновая светимость близка к максимально возможной в природе планковской светимости^[1].

Гравитационный коллапс двойной системы

Любая двойная звезда при вращении её компонент вокруг общего центра масс теряет энергию за счёт излучения гравитационных волн, и в конце концов сливается воедино. Но для обычных, некомпактных двойных звёзд этот процесс занимает очень долгое время, много большее настоящего возраста Вселенной. Если же двойная компактная система состоит из пары нейтронных звёзд, чёрных дыр или их комбинации, то слияние может произойти за несколько миллионов лет. Сначала объекты сближаются, а их период обращения уменьшается. Однако на заключительном этапе происходит столкновение и несимметричный гравитационный коллапс. Этот процесс длится доли секунды и за это время в гравитационное излучение уходит энергия, составляющая, по некоторым оценкам, более 50 % от массы системы.

Регистрация гравитационных волн

Основная статья: Детектор гравитационных волн

Регистрация гравитационных волн достаточно сложна ввиду слабости последних (малого искажения метрики). Приборами для их регистрации являются детекторы гравитационных волн. Попытки обнаружения гравитационных волн предпринимаются с конца 1960-х годов, но на данный момент нет достоверных сведений об их непосредственной регистрации. Гравитационные волны детектируемой амплитуды рождаются при коллапсе двойного пульсара. Подобные события происходят в окрестностях нашей галактики ориентировочно раз в десятилетие^[2].

С другой стороны, общая теория относительности предсказывает ускорение взаимного вращения двойных звёзд из-за потери энергии на излучение гравитационных волн, и этот эффект надёжно зафиксирован в нескольких известных системах двойных компактных объектов (в частности, пульсаров с компактными компаньонами). В 1993 году «за открытие нового типа пульсаров, давшее новые возможности в изучении гравитации» открывателям первого двойного пульсара PSR B1913+16 Расселу Халсу и Джозефу Тейлору мл. была присуждена Нобелевская премия по физике. Такое же явление зафиксировано ещё в нескольких случаях: для пульсаров PSR J0737-3039, PSR J0437-4715 и системы двойных белых карликов RX J0806. Например, расстояние между двумя компонентами A и B первой двойной звезды из двух пульсаров PSR J0737-3039 уменьшается примерно на 2,5 дюйма (6,35 см) в день из-за потерь энергии на гравитационные волны, причём это происходит в согласии с теорией Эйнштейна^[3].

По оценкам, наиболее сильными и достаточно частыми источниками гравитационных волн для гравитационных телескопов и антенн являются катастрофы, связанные с коллапсами двойных систем в ближайших галактиках. Ожидается, что в ближайшем будущем на усовершенствованных гравитационных детекторах будет регистрироваться несколько подобных событий в год, искажающих метрику в окрестности Земли на 10⁻²¹ — 10⁻²³.

Нашу Вселенную заполняют реликтовые гравитационные волны, появившиеся в первые времена после Большого взрыва. Их регистрация позволит получить информацию о процессах в начале рождения Вселенной.^[1]

См. также

Einstein@Home — проект распределённых вычислений для поиска гравитационных волн.
PSR B1913+16 — двойная система — пульсар, исследование которой дало первое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
PSR J0737-3039 — двойная система пульсаров, исследование которой дало весомое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
Гравитационный телескоп
Скорость гравитации
MiniGrail — Детектор гравитационных волн
LISA — Детектирование гравитационных волн при помощи космических аппаратов

Примечания

↑ ¹ ² Липунов В. М. Гравитационно-волновое небо. // Соросовский образовательный журнал, 2000, № 4, с. 77-83;
↑ LIGO: A Quest for Gravity Waves. Astro Guyz March 12, 2010
↑ Пресс-релиз на сайте «РосИнвест».

Литература

Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7. — Глава XIII
Мизнер, К. Торн, Уиллер Гравитация. Глава 34.
Липунов В. М. В мире двойных звезд. М.: Наука, 1986.
Липунов В. М. Все нейтронные звезды. М.: Просвещение, 1989.
Липунов В. М. Искусственная Вселенная // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 6. С. 82-89.
Липунов В. М. Военная тайна астрофизики // Соросовский Образовательный Журнал. № 5. С. 83-89.
Черепащук А. М. Черные дыры в двойных звездных системах // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 3. С. 87-93.
Шакура Н. И. Нейтронные звезды и черные дыры в двойных звездных системах. М.: Знание, 1976.
Шкловский И. С. Звезды, их рождение, жизнь и смерть. М.: Наука, 1984.

Ссылки

Гравитационно-волновая астрономия: в ожидании первого зарегистрированного источника. Обзор в УФН.
Статья о гравитационном излучении
Популярный обзор на начало 2007 г.
Итоги обработки данных LIGO S3 в проекте Einstein@Home
Детектор гравитационных волн

Гравитационные волны | это… Что такое Гравитационные волны?

Содержание

1 Генерация гравитационных волн
- 1.1 Гравитационный коллапс двойной системы
2 Регистрация гравитационных волн
3 См. также
4 Примечания
5 Литература
6 Ссылки

Генерация гравитационных волн

Система из двух нейтронных звезд порождает рябь пространства-времени

Наиболее сильными источниками гравитационных волн являются:

сталкивающиеся галактики (гигантские массы, небольшие ускорения),
гравитационный коллапс двойной системы компактных объектов (колоссальные ускорения при довольно большой массе).
При слиянии нейтронных звёзд гравитационно-волновая светимость близка к максимально возможной в природе планковской светимости^[1].

Гравитационный коллапс двойной системы

Регистрация гравитационных волн

Основная статья: Детектор гравитационных волн

См. также

Einstein@Home — проект распределённых вычислений для поиска гравитационных волн.
PSR B1913+16 — двойная система — пульсар, исследование которой дало первое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
PSR J0737-3039 — двойная система пульсаров, исследование которой дало весомое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
Гравитационный телескоп
Скорость гравитации
MiniGrail — Детектор гравитационных волн
LISA — Детектирование гравитационных волн при помощи космических аппаратов

Примечания

↑ ¹ ² Липунов В. М. Гравитационно-волновое небо. // Соросовский образовательный журнал, 2000, № 4, с. 77-83;
↑ LIGO: A Quest for Gravity Waves. Astro Guyz March 12, 2010
↑ Пресс-релиз на сайте «РосИнвест».

Литература

Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7. — Глава XIII
Мизнер, К. Торн, Уиллер Гравитация. Глава 34.
Липунов В. М. В мире двойных звезд. М.: Наука, 1986.
Липунов В. М. Все нейтронные звезды. М.: Просвещение, 1989.
Липунов В. М. Искусственная Вселенная // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 6. С. 82-89.
Липунов В. М. Военная тайна астрофизики // Соросовский Образовательный Журнал. № 5. С. 83-89.
Черепащук А. М. Черные дыры в двойных звездных системах // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 3. С. 87-93.
Шакура Н. И. Нейтронные звезды и черные дыры в двойных звездных системах. М.: Знание, 1976.
Шкловский И. С. Звезды, их рождение, жизнь и смерть. М.: Наука, 1984.

Ссылки

Гравитационно-волновая астрономия: в ожидании первого зарегистрированного источника. Обзор в УФН.
Статья о гравитационном излучении
Популярный обзор на начало 2007 г.
Итоги обработки данных LIGO S3 в проекте Einstein@Home
Детектор гравитационных волн

Объяснение гравитационных волн — Университет Бирмингема

Бирмингемские исследователи в рамках глобального сотрудничества подтвердили главное предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна 1915 года посредством обнаружения гравитационных волн.

Профессор Альберто Веккьо и профессор Андреас Фрайзе были в авангарде разработки новой области гравитационно-волновой астрономии. Вместе со своими коллегами из университетов Кардиффа и Глазго они разработали и построили инструменты для Advanced LIGO и впервые применили методы, которые позволили им извлекать свойства источников из сигнатур гравитационных волн.

Доктор Кэт Гровер (сотрудник по связям с общественностью Бирмингемского университета), которая недавно получила докторскую степень по гравитационным волнам, встретилась с профессорами Андреасом Фрайзе и Альберто Веккьо, чтобы обсудить гравитационные волны и их значение для будущего астрономии и астрофизики.

Обнаружены гравитационные волны

Кэт: Что было открыто?

«LIGO наблюдал гравитационные волны от двух черных дыр, которые вращались вокруг друг друга, а затем сливались, образуя большую черную дыру. Последняя черная дыра имеет массу примерно в 60 раз больше массы нашего Солнца. Это событие произошло примерно в миллиарде световых лет от Земли. Слияние было чрезвычайно энергичным (за доли секунды событие высвободило в 50 раз больше энергии в гравитационных волнах, чем все звезды во всей Вселенной в свету), но к тому времени, как волны достигли нас, они были настолько слабыми, что изменение длины плеч LIGO составило менее одной тысячной диаметра ядра атома».

Ответы Альберто Веккио, профессора астрофизики
, и Андреаса Фрайзе, профессора экспериментальной физики

Кэт: Что это означает для общей теории относительности?

«Измеренный сигнал совпал с предсказаниями формы волны теории Эйнштейна; мы никогда раньше не проверяли теорию в таких экстремальных условиях, так что она выдержала самое жесткое испытание!»

Кэт: Что это значит для астрофизики?

«Это говорит нам о том, что двойные черные дыры существуют. Это также говорит нам о том, что они формируются, развиваются и умирают в течение периода, меньшего, чем возраст Вселенной. Мы никогда раньше не видели бинарных черных дыр. Мы никогда раньше не находили черные дыры такой массы. Похоже, что эти слияния должны быть достаточно распространены, и мы увидим больше в будущих наблюдениях с LIGO. Тогда мы сможем начать понимать, что именно там находится и как создаются эти бинарные файлы».

Кэт: Что такое «бинарные черные дыры»?

«Большинство звезд имеют спутника и вращаются вокруг друг друга, как Земля вращается вокруг Солнца. Двойная черная дыра — это система, в которой две черные дыры вращаются вокруг друг друга».

История гравитационно-волновой астрономии

Кэт: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

«Общая теория относительности — наша лучшая теория гравитации. В общей теории относительности гравитацию можно рассматривать как эффект искривления пространства-времени. Массивные объекты искривляют пространство и время; искривление пространства-времени меняет то, как все движется».

Kat: Что такое гравитационные волны?

«Гравитационные волны — это рябь в пространстве-времени. Когда объекты движутся, кривизна пространства-времени изменяется, и эти изменения распространяются наружу (как рябь на пруду) в виде гравитационных волн. Гравитационная волна — это растяжение и сжатие пространства, поэтому ее можно найти, измерив изменение длины между двумя объектами».

Kat: Что такое пространство-время?

«В повседневной жизни мы думаем о трехмерном пространстве (вверху/внизу, влево/вправо, вперед/назад) и о времени как о совершенно разных вещах. Но специальная теория относительности Эйнштейна показала, что три пространственных измерения плюс время на самом деле являются частью одного и того же: четырех измерений пространства-времени.

«В общей теории относительности Эйнштейн пошел дальше. Мало того, что пространство и время являются частью одного и того же, но они оба искривлены массой или энергией, вызывая искривление пространства-времени. Вещи любят двигаться по кратчайшему доступному маршруту; когда пространство-время плоское, это выглядит как прямая линия. Но когда пространство-время искривлено, кратчайший маршрут может больше не выглядеть прямым. Например, когда вы летите над искривленной землей, траектория полета вашего самолета будет выглядеть искривленной, даже если вы летите «прямо» из точки А в точку Б. Мы можем увидеть и измерить эффект искривления пространства-времени; например, масса Солнца искривляет пространство-время, поэтому Земля движется по круговой орбите вокруг Солнца».

Кэт: Что означает искривление пространства-времени?

«Трудно представить себе четырехмерное пространство-время, не говоря уже о том, как выглядит его искривленная версия, поэтому мы часто упрощаем это, думая о примере в двух измерениях. Мы можем представить двумерное пространство-время в виде резинового листа; падение тяжелого предмета на лист приведет к изгибу и деформации листа. Точно так же масса или энергия искажают пространство-время вокруг себя».

Кэт: Что такое черные дыры?

«Черные дыры — это области с самой сильной гравитацией во Вселенной. Они там, где кривизна пространства-времени настолько крута, что все пути ведут внутрь. В конце концов ничто не сможет взобраться по кривизне, как бы быстро она ни двигалась; даже свет, самая быстрая вещь во Вселенной, не сможет убежать, если окажется слишком близко к черной дыре».

Кэт: Что означает обнаружение гравитационных волн?

«Эйнштейн впервые предсказал гравитационные волны 100 лет назад. У нас есть веские доказательства их существования благодаря наблюдению за двойными пульсарами (которые выиграли 19-й конкурс).93 Нобелевская премия). Мы видим, как орбита двойной звезды сжимается на величину, предсказываемую излучением гравитационных волн, но мы не видим самих волн. Измерение самих волн станет последним доказательством предсказаний общей теории относительности Эйнштейна».

Кэт: Что такое «двойные пульсары»?

«Нейтронные звезды — это старые мертвые звезды, которые коллапсировали в чрезвычайно плотный объект. Примерно масса нашего солнца сжата до размера города. Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, испускающие пучок излучения. Когда пульсар вращается, луч излучения проносится по Земле, как космический маяк. Двойной пульсар — это когда пульсар вращается вокруг другой звезды или иногда другого пульсара».

Кэт: Что мы можем узнать из гравитационных волн?

«Гравитационные волны — это новый способ наблюдения за Вселенной. Астрономия традиционно использует свет для исследования космоса, но есть много вещей, которые вы можете пропустить, потому что большая часть Вселенной темна, включая черные дыры. Одним из источников гравитационных волн являются два плотных объекта (например, черные дыры или нейтронные звезды), вращающиеся вокруг друг друга».

Кэт: Что такое LIGO?

«Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) состоит из двух детекторов гравитационных волн в США, разработанных и эксплуатируемых Калифорнийским технологическим институтом и Массачусетским технологическим институтом. Кроме того, научное сотрудничество LIGO с 1000 учеными со всего мира обеспечивает важную поддержку науки LIGO от разработки инструментов до анализа данных и астрономии. Одна обсерватория LIGO расположена в Ливингстоне, штат Луизиана, а другая — в Хэнфорде, штат Вашингтон. В каждой обсерватории есть огромная, чрезвычайно чувствительная лазерная линейка. Мы отбрасываем лазеры по двум 4-километровым путям или «рукам», которые проходят под прямым углом друг к другу, а затем сравниваем длину каждой дорожки. Гравитационная волна может изменить длину плеч, но эффект чрезвычайно мал (одна часть на 1 000 000 000 000 000 000 000 для самых сильных волн), поэтому приборы должны быть чрезвычайно чувствительными, что стало возможным благодаря использованию совершенно новых технологий и новой концепции интерферометра. ”

Кэт: Что ждет науку о гравитационных волнах в будущем?

«LIGO только что завершил свои первые наблюдения с использованием новой «продвинутой» чувствительности. В течение следующих пяти лет он будет постепенно улучшаться, что сделает его еще более чувствительным. В следующем году к ней также должен присоединиться Virgo, детектор из Италии. В Японии также строится еще один детектор под названием KAGRA. Есть также план установки детектора LIGO в Индии. Разрабатываются планы создания сети обсерваторий третьего поколения, таких как Телескоп Эйнштейна. Улучшение всемирной сети детекторов поможет нам измерять свойства сигналов, особенно помогая нам выяснить положение на небе источника волн. В то же время массивы Pulsar Timing Array собирают данные для наблюдения за гигантскими черными дырами в центрах галактик.

«В будущем будет космическая миссия под названием eLISA. Он будет намного больше (в 100 раз больше Земли) и будет искать гравитационные волны от гораздо более массивных объектов».

Здесь также есть ресурсы: http://www.ligo.org/science/faq.php

EarthSky | Что такое гравитационные волны?

Исследователи Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) впервые в истории обнаружили гравитационные волны 14 сентября 2015 года. Здесь техник работает над частью оптики для детектора LIGO. Изображение через LIGO.

Гравитационные волны — это рябь в структуре пространства-времени. Подобно тому, как корабль, плывущий по поверхности спокойного моря, оставляет за собой след, так и движущиеся объекты во Вселенной создают гравитационные волны. «Корабли» в случае с гравитационными волнами — чрезвычайно сильные и катастрофические события далеко в космосе: слияния черных дыр, столкновения нейтронных звезд, сверхновые. Все это порождает волны в структуре пространства-времени, растягивая и сжимая его по мере того, как рябь распространяется по Вселенной.

Поскольку гравитационные волны чрезвычайно слабы с нашей земной точки зрения, технология их обнаружения стала доступной только в последние годы. Как и все волны, гравитационные волны уменьшаются в размерах с расстоянием, сжимаясь до слабого эха далеких «кораблекрушений» — этих далеких жестоких событий в космосе — к тому времени, когда они достигают нас. От нашего местоположения, за много световых лет от слияния черных дыр или столкновения нейтронных звезд, волны сжимают и растягивают пространство и все, что в нем, на тысячную часть диаметра протона, когда они проходят через Землю. Это миллиардная часть миллиардной метра. Нам действительно нужны очень передовые технологии, чтобы увидеть эти изменения. Это похоже на то, как расстояние между Солнцем и его ближайшим соседом среди звезд — Альфой Центавра, удаленной на 4,3 световых года, — изменяется на толщину человеческого волоса.

Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности 1915 года впервые постулировал существование гравитационных волн. Его предположение, что гравитация распространяется волнами, казалось логичным: все типы света в электромагнитном спектре, от ультрафиолетового до видимого и радио, распространяются волнами. Звук распространяется волнами. Почему гравитация не должна распространяться таким же образом? Эйнштейн подсчитал, что чрезвычайно жестокие события в космосе заставят пространство звенеть, как колокол . Это отличалось от идеи статических, неизменных гравитационных полей, создаваемых любым объектом, имеющим массу, например, звездой или планетой.

Однако в течение десятилетий после 1915 года сам Эйнштейн не был убежден в существовании гравитационных волн. В 1936 году он и его коллега Натан Розен опубликовали статью под названием «Существуют ли гравитационные волны?». , который изначально был отклонен одним журналом из-за математической ошибки.

Именно из-за ошибки авторы пришли к выводу, что гравитационных волн не существует. Когда Эйнштейн исправил ошибку, вывод статьи стал прямо противоположным! Хотя доказательства теперь указывали на их существование, Эйнштейн оставался неубежденным и считал, что даже если бы гравитационные волны действительно существовали, они были бы настолько слабыми, что люди никогда не смогли бы разработать технологию для их обнаружения.

Альберт Эйнштейн в 1912 году. Его общая теория относительности является фундаментальной для современной космологии. Именно Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности 1915 года впервые постулировал существование гравитационных волн.

Следует отметить, что Эйнштейн был не единственным теоретиком, работавшим над гравитационными волнами. Важный вклад внесли и другие известные ученые, среди них Роберт Оппенгеймер, Роджер Пенроуз, Карл Шварцшильд, Артур Эддингтон, Кип Торн и Ричард Фейнман. Но именно Фейнман 19 января57, окончательно убедил сомневающихся в том, что гравитационные волны не только существуют, но и могут переносить энергию, объяснив это тем, что он назвал аргументом Sticky Bead.

Работа Фейнмана проложила путь к сегодняшним детекторам гравитационных волн.

Однако прошло еще 50 лет, прежде чем были обнаружены первые гравитационные волны. Разработка концепций и технологий для этого потребовала десятилетий напряженной работы многих ученых. Наконец, LIGO, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, расположенная в двух местах в Соединенных Штатах, начала наблюдения в 2002 году. В период с 2002 по 2015 год LIGO потребовалось несколько обновлений, чтобы придать ей чувствительность для первого исторического обнаружения.

Первое обнаружение двух черных дыр, сливающихся на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет, произошло в сентябре 2015 года и было объявлено миру в феврале 2016 года после нескольких месяцев работы по проверке того, что сигнал, который длился всего лишь десятую долю секунды в полное совпадение с предсказаниями Эйнштейна было реальным. Невероятно, но LIGO еще не начал свои официальные наблюдения, когда произошло обнаружение: после последней из серии обновлений, направленных на улучшение дальности действия и чувствительности, LIGO был включен для инженерных испытаний. Слияние черных дыр было обнаружено почти сразу же, когда детектор заработал.

Еще одним ключевым предсказанием Эйнштейна было то, что гравитационные волны будут распространяться со скоростью света. Измерив разницу во времени между моментом, когда сигнал гравитационной волны поступил в две обсерватории LIGO — в Хэнфорде, штат Вашингтон, и в Ливингстоне, штат Луизиана, разделенные почти 2000 миль (3000 км), — ученые смогли определить, что предсказание Эйнштейна было полностью верным. . Гравитационные волны действительно распространяются со скоростью света.

В 2018 году к LIGO присоединился европейский детектор Virgo в Италии, что значительно улучшило способность ученых точно определять место на небе, где возникли гравитационные волны. С тех пор LIGO/Virgo зафиксировали около 50 слияний черных дыр, а также восемь столкновений нейтронных звезд и шесть столкновений нейтронных звезд с черными дырами. Некоторые из них могут быть вызваны так называемыми «наземными помехами»: вибрации от проходящего транспорта и даже далеких океанских волн могут вызывать ложные срабатывания.

14 января 2020 года LIGO также зафиксировала событие совершенно неизвестного происхождения, не укладывающееся ни в какие модели или предсказания, возможно, возбуждающе указывающие на существование неизвестного доселе космического явления.

Очень скоро японская обсерватория KAGRA присоединится к Virgo и LIGO в обнаружении гравитационных волн. В 2030-х годах Европейское космическое агентство запустит LISA, космический детектор гравитационных волн, который позволит обнаруживать низкочастотные гравитационные волны, исходящие от сверхмассивных черных дыр и взрывов сверхновых. Китай начал работу по строительству трех обсерваторий гравитационных волн, демонстрируя намерение стать мировым лидером в области обнаружения гравитационных волн на Земле и в космосе.

Все обнаруженные до сих пор явления гравитационных волн полностью согласуются с предсказаниями Эйнштейна и с компьютерным моделированием, полученным на основе его расчетов. Эйнштейн, несомненно, был бы поражен тем, что он ошибался, что человеческий интеллект и изобретательность действительно восторжествовали и создали технологию, которую он считал невозможной. Он также, вероятно, пожалел бы, что усомнился в своей собственной работе по предсказанию существования гравитационных волн. Но он также, несомненно, был бы счастлив, что обнаружение гравитационных волн также является подтверждением его теории относительности. Теперь осталось мало мест для тех, кто сомневается в величайшем триумфе Эйнштейна.

Гравитационно-волновая астрономия — совершенно новая наука, которая обещает раскрыть многие тайны Вселенной. Не будет преувеличением сказать, что революция в нашем взгляде на вселенную идет полным ходом. В будущем, возможно, даже удастся обнаружить гравитационные волны самого Большого Взрыва, чтобы услышать звук Творения, разносящийся через миллиарды лет.

Если вы хотите быть в курсе последних событий гравитационных волн, Бирмингемский университет в Великобритании создал эту страницу, которая представляет собой базу данных об обнаружениях LIGO и Virgo во время их текущего цикла наблюдений. База данных также доступна в виде бесплатного приложения для телефонов Android/Apple, которое можно загрузить в соответствующих магазинах.

Компьютерное моделирование двух сливающихся черных дыр, производящих гравитационные волны. Изображение предоставлено Вернером Бенгером/Викискладом.

Итог: впервые постулированные Альбертом Эйнштейном в 1916 году, но не наблюдаемые напрямую до сентября 2015 года, гравитационные волны представляют собой рябь в пространстве-времени.

Узнайте больше и посмотрите видео с объяснением: Что такое гравитационные волны?

Энди Бриггс

Просмотр статей

Об авторе:

Последние 30 лет Энди Бриггс знакомит людей с астрономией, астрофизикой и информационными технологиями.