Ученые зафиксировали слияние "черных дыр", вызвавших всплеск гравитационных волн

28.09.2017, 13:17
Фото: Sciencealert.com
Фото: Sciencealert.com

Гравитационные обсерватории LIGO и VIRGO впервые одновременно обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных слиянием двух черных дыр и локализовали их источник - одну из галактик в созвездии Часов.

"Объединение усилий LIGO и VIRGO не только повысило точность локализации источников гравитационных волн в 20 раз, но и позволило нам приступить к поиску следов объектов, порождающих гравитационные волны, в других видах излучения. Сегодня мы по-настоящему вступили в эру полноценной гравитационной астрономии", - заявил Дэвид Шумейкер (David Shoemaker), руководитель коллаборации LIGO на встрече в Турине.

Детекторы LIGO представляют собой L-образные интерферометры, которые благодаря лазерным лучам с невероятной точностью следят за длиной обоих своих 4-километровых "плеч": проходящая гравитационная волна может вызывать краткие искажения, что и регистрируется приборами.

Усилия ученых оправдали себя - в сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 53 Солнца. Впоследствии, LIGO зафиксировал еще три всплеска гравитационных волн, однако, только один из которых был официально признан научным сообществом.

Ученые не смогли точно определить, где конкретно были расположены источники этих гравитационных волн, так как LIGO имеет всего два детектора. Исследователям тогда удалось лишь выделить достаточно узкую полосу на ночном небе, где могли находиться эти черные дыры. Внутри нее, несмотря на ее скромные размеры, находятся миллионы галактик, что делает поиски "конечного продукта" этих слияний фактически бесполезным занятием.

В июне 2017 года свою работу возобновил европейский LIGO, гравитационная обсерватория VIRGO, построенная в окрестностях итальянской Пизы в 2003 году. Работа VIRGO была приостановлена в 2011 году, после чего инженерная команда обсерватории провела ее глубокую модернизацию, приблизив ее по чувствительности к текущему уровню LIGO.

Одной из особенностей европейского детектора, как добавил Йо ван ден Бранд (Jo van den Brand), руководитель коллаборации VIRGO, является то, что он повернут чуть в другую сторону по сравнению с парой его американских "собратьев". Это позволяет ученым использовать их для замера поляризации гравитационных волн и проверки некоторых основных положений теории относительности, а также поиска параллельных миров.

Все проверки детекторов VIRGO были завершены к 1 августа 2017 года, и теперь обсерватория приступила к совместным наблюдениям с двумя детекторами LIGO. Ее чувствительность несколько ниже, чем у американского гравитационного телескопа, однако получаемые ею данные позволяют решить две важнейших научных задачи - повысить качество и достоверность сигнала, получаемого LIGO, и определить трехмерное положение источника гравитационных волн.

Первых результатов ученые добились неожиданно быстро - уже 14 августа им удалось обнаружить всплеск GW170814, возникший в далекой галактике на расстоянии в 1,8 млрд. световых лет от Земли. Как и в прошлых трех случаях, эти волны были порождены необычно крупными черными дырами, чья масса превышала солнечную в 30,5 и 25 раз. Во время их слияния примерно три массы Солнца "испарились" и были потрачены на излучение гравитационных волн.

Использование учеными сразу трех детекторов позволило заметно повысить точность локализации источника гравитационных волн - галактика, в которой находятся породившие их черные дыры, расположена в небольшой области неба в созвездии Часов на ночном небе южного полушария Земли. Кроме того, ученые планируют использовать эти данные для поиска возможных следов этой вспышки в радио и рентгеновском диапазонах.

Сенсации в данном случае не произошло - предварительный анализ данных, собранных LIGO и VIRGO во время этой вспышки, показывает, что гравитационные волны движутся через пространство и ведут себя в точности так, как предсказывает теория Эйнштейна. В будущем, когда чувствительность LIGO и VIRGO будет повышена, ученые надеются найти окончательный ответ на этот вопрос.

Как известно, существование гравитационных волн является одним из предсказаний общей теории относительности. Их открытие подтверждает не только последнюю, но и считается одним из доказательств существования черных дыр.

Гравитационные волны - изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как "рябь пространства-времени".

Прямая регистрация гравитационных волн и их использование для определения параметров астрофизических процессов является важной задачей современной физики и астрономии.Об этом сообщается на сайте Science Alert.

Читайте также