Рождение новой астрономии. Гравитационные волны меняют лицо Вселенной

Вероятно, не все осознали, что открытие гравитационных волн дает нам совершенно новый взгляд на вселенную. Если инфракрасный диапазон — это зрение змеи, ультрафиолетовый диапазон насекомого и т. д., то гравитационные волны… вообще не имели бы эквивалента в природе.

До сих пор почти все, что мы знаем о Вселенной, получено из наблюдений за электромагнитными волнами — видимым светом, ультрафиолетовым светом, инфракрасным светом, излучением, рентгеновским излучением и микроволнами. Между тем гравитационные волны — это совсем другое, параллельное явление. Их наблюдение позволяет заглянуть в неизведанные ранее места — внутрь сверхновой или нейтронной звезды, где материя сжата сильнее, чем в ядре атома. Следы гравитационных волн, вызванных Большим взрывом, все еще присутствуют, и они путешествуют по Вселенной, неся информацию о начале космоса.

Уже два обнаружения

На данный момент у нас есть два обнаружения этого типа волны. В декабре прошлого года, во второй день Рождества, гравитационные волны были зарегистрированы обоими детекторами LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), расположенных в Ливингстоне, штат Луизиана, и в Хэнфорде, штат Вашингтон. Это был второй раз, отмеченный символом GW151226. Первое, историческое, обнаружение произошло в сентябре прошлого года, а о нем сообщили в феврале 2016 года. Это первое столкновение черных дыр, зарегистрированное с помощью гравитационных волн, отмечено как GW150914.

Во время второго столкновения, около 1,4 миллиарда лет назад, количество энергии, равное массе Солнца, было использовано для излучения гравитационной волны. Обнаруженный сигнал покрывает последние 27 орбит черных дыр перед слиянием. По времени прихода сигнала — детектор Ливингстона зафиксировал 1,1 миллисекунды перед детектором Хэнфорда — можно оценить положение источника сигнала.

Изображение обнаружения второй гравитационной волны

Открытие гравитационных волн стало важной вехой в физике и астрономии, а также окончательным подтверждением общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн

Они считаются началом новой области науки: гравитационно-волновая астрономия. Тот факт, что нам удалось зарегистрировать целых два сильных явления за первые четыре месяца наблюдений, также позволяет оценить, как часто мы сможем наблюдать гравитационные волны, достигающие нас в будущем. LIGO позволяет совершенно по-новому наблюдать за одними из самых темных и в то же время самых энергичных явлений во Вселенной.

Астрономы сравнивают недавние события с гравитационными волнами с удалением доселе непроницаемой завесы и возможностью, наконец, взглянуть на то, как на самом деле устроена Вселенная. Гравитационные волны полностью отличаются от электромагнитных волн. Последние подобны колебаниям пространственной среды, а гравитационные волны — колебаниям самой среды.

Увидим ли мы все?

В том, что гравитационные волны принесут революцию, убеждены многие ученые, в том числе знаменитый Stephen Hawking. «Гравитационные волны дают возможность совершенно нового взгляда на вселенную. Сама по себе возможность их обнаружения и регистрации потенциально может произвести революцию в астрономии», — утверждает ученый.

«К концу этого десятилетия мы будем проводить как минимум одно обнаружение гравитационных волн в месяц», — сказал он в интервью сайту «Регистр». Кен Стрейн, профессор физики Университета Глазго, участвовавший в разработке детектора LIGO.

Детектор гравитационных волн Камиока

Многие ученые в интервью и комментариях высказывают убеждение, что за первыми открытиями последуют другие. Детекторы гравитационных волн начнут обнаруживать множество различных сигналов, исходящих от различных очень интересных объектов в космосе. Не исключена перестановка многих устоявшихся теорий и взглядов. Возможно, вам придется заново переписывать учебники астрономии.

На данный момент существует три детектора гравитационных волн: два в США, образующих LIGO, и один в Италии. Однако создается больше. В Японии он должен быть готов в 2018 году. KAGRAили Детектор гравитационных волн Камиока. Он будет более чувствительным, чем новая версия LIGO (Advanced LIGO). Зеркала KAGRA подлежат криогенной защите от термических воздействий.

Концепция детектора космических гравитационных волн на основе работы спутников

Сочетание электромагнитных и гравитационных наблюдений может означать революцию, подобную комбинации традиционной рентгеновской фотографии и томографии в медицине. Это должно начаться в 30-х годах космический детектор eLISAкоторые вместе с новыми телескопами, работающими в разных диапазонах, могут показать нам космос с стороны, которую мы никогда не знали.

Конечно же, главным призом в этой игре станет обнаружение гравитационных волн с самого начала Вселенной — тех, что возникли во времена Большого Взрыва. Тогда мы «увидим» начало всего. И кто знает, может тогда бы мы все поняли…

Предлагаем вам ознакомиться с Темой номера в .