Просто и понятно о гравитационных волнах (5 картинка + видео)
Категория: Авиация
15 февраля 2016
Что случилось?
Две огромные чёрные дыры столкнулись, взорвались и превратились в одну. По массе они равнялись 29 и 36 Солнцам.
Во время взрыва в течение нескольких секунд примерно 5% общей массы превратилось в излучение, которое было в 50 раз сильнее, чем всё излучение видимой Вселенной.
Катастрофа произошла 1,3 млрд лет назад где-то со стороны южного полушария. Возмущение пространства и времени, вызванное взрывом, добралось до нашей планеты в сентябре 2015 года. Учёные зарегистрировали явление на двух экспериментальных установках, расположенных в трёх тысячах километрах друг от друга — в Вашингтоне и Луизиане.
Гравитационные волны поймали и записали впервые, официально подтвердив их существование. Накануне, 11 февраля, об открытии объявили публично.
Для наглядности колебания представили в звуковом формате: волна пришла на сопоставимой частоте.
Далеко ли взорвалось?
Коллапс двух чёрных дыр произошёл на расстоянии 1,3 млрд световых лет = 398 773 006 парсеков = 10 800 галактик «Звёздных войн» = 13 000 галактик Млечный Путь
В чём суть открытия?
Пространство исказилось, и кот превратился в лису в знак уважения к отчаянной лисице, мышкующей в постели, которая на днях стала звездой соцсетей.
Гравитационные волны излучаются всеми телами, которые имеют массу и движутся с переменным ускорением. Ускорение как минимум означает, что на материю действует другое тело, поэтому возникают подобные явления только в парах.
Волна гравитации «колеблет» физическое поле, искривляя пространство и время — как будто пускает рябь по воде. Воздействия настолько слабы, что зарегистрировать их почти невозможно. То есть в обычных условиях «рябит» совершенно невыразительно.
Как только дело доходит до больших масс и скорости света, отмечаются описанные Эйнштейном явления. Геометрия искажается, а гравитационные волны становятся заметными.
Эйнштейн предсказал их около века назад в теории гравитации. Фактически на гравитационные силы и опирается всё строение Вселенной. В то время как, например, более мощные электромагнитные особенно не влияют на взаимное расположение планет, так как суммарный электромагнитный заряд большинства тел — нулевой. В общем, не регистрировать гравитационную волну так долго учёным было очень обидно.
Почему слушали именно дыры?
Самое меньшее, что теоретически сегодня можно зарегистрировать из гравитационных явлений — это волна от взрыва двойных пульсаров. В Солнечной системе сильнейшее гравитационное воздействие происходит в паре Солнце–Юпитер, и его мощность всего 5 киловатт. Среди шумов и прочих излучений такую робкую рябь просто не найти.
Две крупные чёрные дыры в момент коллапса — намного более подходящий для наблюдения объект. Хотя с учётом дальности возмущение на Земле получилось несущественным. Относительные колебания масс на детекторах составили 10 в минус 19 степени. Как пояснили учёные, эта величина настолько же меньше атома, насколько атом меньше яблока.
По данным измерений, источником волны могли быть только чёрные дыры. Таким образом, их существование тоже было официально доказано. С нетерпением ждём голливудских релизов по теме.
При чём тут теория Большого взрыва?
Гравитационная волна (которая хоть и двигается со скоростью света, но всё равно изрядно запаздывает с учетом дистанции) несёт информацию о своём древнем происхождении. По мнению учёных, пространство до сих пор может быть заполнено реликтовой «рябью», которая возникла при Большом взрыве. Предполагается, что изучение гравитационных волн поможет точнее описать в том числе процессы образования и расширения Вселенной.
Чем ловили волну?
Проект запустили на базе обсерватории LIGO в США. Она состоит из двух гигантских установок, плечо каждой достигает около 4 км. Системы разнесены на расстояние 3 тыс. км. Измерив разницу во времени регистрации на разных установках, физики вычислили направление, в котором располагается источник. Взрыв был на юге, точнее сказать учёные пока не смогли. Зеркала установок они собирались делать из сапфира, но в итоге выбрали кварц: он даёт меньше «шума».
Сколько потратили?
370 млн долларов — стоимость установки для проведения измерений. Проект финансируется Национальным научным фондом США. Мощности строили и модернизировали почти 25 лет. Это самая крупная инвестиция фонда на момент начала финансирования.
Опять не обошлось без русских
В коллаборацию LIGO вошли более тысячи ученых из 15 стран. Россия представлена двумя научными коллективами — физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород).
Видео, иллюстрирующее колебания пространства-времени, пришедшие на Землю от катастрофы, произошедшей далеко во Вселенной:
