(11 февраля 2016 г.) В книге «Впервые в истории» гравитационные волны Эйнштейна обнаружены напрямую

Примечание редактора от 3 октября 2017 г .: Астрофизики Кип Торн и Барри Бариш из Калифорнийского технологического института и Райнер Вайс из Массачусетского технологического института получил Нобелевскую премию по физике для первого обнаружения гравитационных волн. Ниже мы расскажем об этом историческом открытии.

ВАШИНГТОН. Гравитационные волны, космическая рябь, искажающая само пространство-время, были впервые обнаружены напрямую.



В долгожданном объявлении сегодня (11 февраля) исследователи, связанные с обсерваторией гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO), сообщили об обнаружении гравитационных волн. В сигнал, принятый LIGO образовалась в результате столкновения двух черных дыр и была обнаружена 14 сентября 2015 года двойными детекторами LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, сообщили ученые.

Эта космическая катастрофа послала гравитационные волны, устремившиеся наружу со скоростью света, вызвав рябь в ткани пространства-времени, подобно тому, как упавший камешек нарушает спокойствие пруда. Исследователи заявили, что столкновение произошло 1,3 миллиарда лет назад между черными дырами, которые были примерно в 29 и 36 раз массивнее Солнца соответственно. Они добавили, что во время аварии примерно в три раза больше массы Солнца было преобразовано в гравитационные волны менее чем за секунду, создав пиковую выходную мощность примерно в 50 раз больше, чем у всей видимой Вселенной.

Гравитационные волны, обнаруженные LIGO: полное покрытие

Вероятное место столкновения черной дыры, которое породило гравитационные волны, обнаруженные обсерваторией гравитационных волн с лазерным интерферометром, показано на этом кадре с пресс-конференции Национального научного фонда в Вашингтоне, округ Колумбия, 11 февраля 2016 года. Столкновение произошло 1,3 миллиарда лет. назад в области космоса над Землей

Вероятное место столкновения черной дыры, которое породило гравитационные волны, обнаруженные обсерваторией гравитационных волн с лазерным интерферометром, показано на этом кадре с пресс-конференции Национального научного фонда в Вашингтоне, округ Колумбия, 11 февраля 2016 года. Столкновение произошло 1,3 миллиарда лет. назад в области космоса над Южным полушарием Земли, говорят ученые.(Изображение предоставлено Национальным научным фондом)

«Наше наблюдение гравитационных волн позволяет достичь амбициозной цели, поставленной более пяти десятилетий назад, - напрямую обнаружить это неуловимое явление и лучше понять Вселенную и, соответственно, наследие Эйнштейна к 100-летию его общей теории относительности», - сказал руководитель лаборатории LIGO. в заявлении директора Калифорнийского технологического института в Пасадене Дэвида Рейтце.

Используя лазерные лучи, ученые обнаружили физические искажения, вызванные прохождением гравитационных волн.

Используя лазерные лучи, ученые обнаружили физические искажения, вызванные прохождением гравитационных волн.(Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Это открытие стало важной вехой в астрономии и астрофизике. В отличие от световых волн, гравитационные волны не искажаются или не изменяются при взаимодействии с материей, когда они мчатся в пространстве; поэтому они несут «чистую» информацию об объектах и ​​событиях, которые их создали, согласно исследователям LIGO.

Благодаря этому совершенно новому способу изучения астрофизических объектов и явлений гравитационные волны действительно откроют новое окно во Вселенную, предоставив астрономам и другим ученым их первые проблески ранее невидимых и невидимых чудес и значительно расширив наше понимание природы пространства и времени, Члены команды LIGO написали в онлайн-описании проекта.

Гравитационные волны были впервые предсказаны Альбертом Эйнштейном в его знаменитой статье 1916 года по общей теории относительности. Один из центральных и самых странных принципов общей теории относительности состоит в том, что пространство и время не являются отдельными вещами, а связаны друг с другом в единую ткань: пространство-время. Массивные объекты, такие как звезды, растягивают и искривляют эту ткань, как шар для боулинга деформирует резиновый лист. Эти падения заставляют такие объекты, как планеты и даже свет, двигаться по кривой траектории вокруг этих более массивных тел.

Гравитационные волны также воздействуют на эту ткань, вызывая волнообразные искажения. Предыдущие исследования подтвердили существование гравитационных волн, которые генерируются ускорением (или замедлением) массивных объектов с помощью косвенных методов, но находка LIGO является первым прямым обнаружением этого загадочного явления.

«Описание этого наблюдения прекрасно описано в общей теории относительности Эйнштейна, сформулированной 100 лет назад, и представляет собой первую проверку теории сильной гравитации», - сказал член команды LIGO Райнер Вайс из Массачусетского технологического института (MIT). в заявлении. «Было бы замечательно наблюдать за лицом Эйнштейна, если бы мы могли ему сказать».

На графиках показаны сигналы гравитационных волн, обнаруженные обсерваториями LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон. Об обнаружении гравитационных волн LIGO было объявлено 11 февраля 2016 года.

На графиках показаны сигналы гравитационных волн, обнаруженные обсерваториями LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон. Об обнаружении гравитационных волн LIGO было объявлено 11 февраля 2016 года.(Изображение предоставлено LIGO)

LIGO может обнаруживать только относительно сильные гравитационные волны, которые создаются драматическими событиями, такими как две черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга и затем сталкивающиеся, или слияние сверхплотных звездных трупов, называемых нейтронными звездами. По словам членов команды LIGO, детектор также может обнаруживать гравитационные волны, генерируемые взрывающейся звездой, известной как сверхновая.

Обнаружить эту пространственно-временную рябь - серьезная задача. Когда гравитационная волна проходит через Землю, она сжимает пространство в одном направлении и растягивает его в другом. LIGO ищет это искажение пространства-времени с помощью двух L-образных детекторов; один находится в Ливингстоне, штат Луизиана, а другой - в Хэнфорде, штат Вашингтон.

Длина каждого плеча каждого детектора составляет 2,48 мили (4 км). Рядом с точкой, где встречаются две руки, по каждой руке одновременно излучается импульс лазерного света. Импульсы проходят вниз по плечу, отражаются от зеркала на дальнем конце и возвращаются к исходной точке, в узловой точке буквы L.

Историческое обнаружение гравитационных волн лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн показано на этом графике во время пресс-конференции в Вашингтоне, округ Колумбия, 11 февраля 2016 года.

Историческое обнаружение гравитационных волн лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн показано на этом графике во время пресс-конференции в Вашингтоне, округ Колумбия, 11 февраля 2016 года.(Изображение предоставлено Национальным научным фондом)

Если гравитационная волна проходит мимо, она сжимает одно плечо детектора и растягивает другое. В результате лучу света, движущемуся по вытянутой руке, потребуется немного больше времени, чтобы вернуться в исходную точку, чем лучу света, движущемуся по сжатой руке. (Если один и тот же сигнал обнаружен обоими детекторами, исследователи могут быть уверены, что сигнал реальный, а не результат условий окружающей среды в одном из двух мест. Запись сигнала в двух разных местах также позволяет ученым найти источник гравитационной волны. в небе путем триангуляции.)

Эта логика кажется достаточно простой, но изменение длины каждого плеча намного меньше ширины атомного ядра. Если бы детектор LIGO охватил весь путь от Солнца до следующей ближайшей звезды - Проксимы Центавра, расположенной на расстоянии 24,94 триллиона миль (40,14 триллиона км), - гравитационная волна уменьшила бы детектор только на ширину человеческого волоса, один LIGO ученый сказал.

Это не первый раз, когда в новостях упоминаются гравитационные волны. В 2014 году исследователи, использующие телескоп BICEP2 в Антарктиде, объявили, что они обнаружили сигнатуры гравитационных волн в микроволновом свете, оставшемся после Большого взрыва (известного как космический микроволновый фон). Но этот результат развалился, когда наблюдения европейской космической обсерватории Planck показали, что предполагаемые подписи, вероятно, были ничего, кроме космической пыли .

Заявление команды LIGO о прямом обнаружении гравитационных волн, скорее всего, подвергнется тщательной проверке, прежде чем научное сообщество полностью примет результат как обоснованный. Нет других экспериментов, которые измеряли бы гравитационные волны того же типа, к которым чувствителен LIGO, поэтому в настоящее время нет возможности напрямую сравнить результаты с другим экспериментом.

Исследование будет опубликовано в следующем выпуске Physical Review Letters.

LIGO управляется учеными Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института и финансируется Национальным научным фондом США. LIGO Scientific Collaboration насчитывает более 1000 членов из 83 организаций в 15 странах.

Следуй за Каллой Кофилд @callacofield . Следуйте за нами на Twitter @Spacedotcom и дальше Facebook .