Ученые объявили об открытии гравитационных волн

11 февраля Национальный научный фонд США соберёт учёных из Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института, чтобы объявить о результатах, достигнутых специалистами лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в ходе поиска гравитационных волн. Открытие подобного рода может полностью изменить современную науку.

Гравитационные волны – это рябь полотна пространства–времени, которая порождается гравитацией массивных объектов в космосе. Их можно сравнить с рябью на поверхности пруда. Например, во время столкновения двух чёрных дыр рябь в пространстве-времени будет нести энергию с места столкновения на скорости света. Согласно физическим теориям, любой массивный космический объект, который подвергается ускорению, должен генерировать гравитационные волны.

Но до сегодняшнего дня лишь косвенные наблюдения свидетельствовали о существовании гравитационных волн. Непосредственное же их выявление кажется современной науке почти непосильной задачей (слишком уж слабы колебания, близ порога чувствительности для существующей техники).

Единственный более-менее реалистичный источник гравитационных волн, который можно было бы наблюдать — сталкивающиеся чёрные дыры. Это наиболее массивные и плотные объекты, которые существуют во Вселенной, а их столкновения и слияния могут быть крупнейшими источниками гравитационных волн.

При этом считается, что гравитационные волны начинают генерироваться окружением чёрных дыр задолго до их столкновения. Гравитационные волны могут быть также вызваны взрывом сверхновой, а также быстро вращающимися нейтронными звёздами. Ещё один источник — Большой взрыв.

В 2002 году обсерватория LIGO приступила к непосредственному поиску гравитационных волн, распространяющихся через нашу области пространства. Согласно теории, они могут быть обнаружены во всех частях неба, ночью или днём, в туманностях, звёздах и даже близ скалистых планет. Теоретически, эти волны постоянно путешествуют по космосу беспрепятственно.

LIGO состоит из двух наблюдательных станций, расположенных на расстоянии в 3200 километров друг от друга. Обе станции идентичны и имеют два длинных вакуумных туннеля в форме буквы L. Длина каждого тоннеля – 3,22 километра. В них располагаются сложные оптические лаборатории, которые используют лазеры для обнаружения мельчайших крошечных колебаний, вызванных прохождением гравитационной волны. Инструментарий LIGO способен обнаружить даже самые незначительные изменения. Любое из них может указывать на незначительные искривления пространства и времени.

Если одна из станций обнаруживает крошечные колебания пространства-времени, а другая нет, учёные считают, что гравитационные волны не обнаружены: ложные срабатывания возможны из-за различных повседневных вещей, например, при сильных порывах ветра. И только если две станции обнаружили изменения, можно говорить о вероятности прохождения гравитационной волны.

Подтверждение обнаружения гравитационных волн поможет соединить теоретическую физику с технологическими составляющими. Сама идея о гравитационных волнах родилась из общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает природу пространства и времени.

Потребовалось сто лет, чтобы разработать технологии, которые помогут обнаружить эту рябь. Открытие подтвердит ещё один общий прогноз относительности, а также поможет разрешить некоторые вопросы, которыми задаются астрофизики и космологи: многие уже высказали мнение о том, что открытие гравитационных волн – существенная заявка на Нобелевскую премию.

Предполагается, что различные космические явления будут генерировать гравитационные волны различной частоты. Современная астрономия фокусируется на использовании электромагнитного спектра для изучения Вселенной.

Традиционно, видимая часть электромагнитного спектра использовалась астрономами, чтобы обнаружить планеты и даже наблюдать за соседними галактиками. По мере развития астрономических методик и модернизации технологий астрономы начали изучать различные длины волн: например, рентгеновское излучение, чтобы увидеть энергетические события вокруг чёрных дыр, и инфракрасное излучение, которое помогает видеть области звёздообразования.

Однако прямое обнаружение гравитационных волн может сдвинуть парадигмы: при наличии достаточного количества детекторов гравитационных волн, теоретически учёные смогут видеть объекты и явления, которые остаются скрыты от электромагнитного спектра. Например, две сливающиеся чёрные дыры могут не производить большого количества электромагнитного излучения, но при этом они будут производить огромный гравитационно-волновой сигнал. И, как и в электромагнитном спектре, частота гравитационных волн будет отображать природу порождающих их явлений, пишут Вести.

В конечном счёте учёные смогли бы создать гравитационную карту ближайшей Вселенной со списком переходных событий (таких как сверхновые) и периодических импульсов от кружащих по своим орбитам чёрных дыр. В данный момент исследователи полагают, что гравитационно-волновая астрономия могла бы революционизировать наше представление о Вселенной. Осталось всего ничего, обнаружить хотя бы одно событие, породившее гравитационные волны...