Это было первое прямое измерение гравитационных волн, предсказанное Эйнштейном.
3 миллиарда лет назад произошло нечто, навсегда изменившее структуру нашей удивительной вселенной. Столкнулись две огромные черные дыры, что привело к мощному взрыву и образовало одиночный объект в 49 раз массивнее нашего Солнца.
Взрыв сформировал и высвободил энергию, в два раза превышающую массу нашего Солнца, за долю секунды. Это вызвало настолько мощные гравитационные волны, что они изменили ткань самого пространства-времени. После этого возникла сверхмассивная черная дыра. Ученые недавно смогли обнаружить это катастрофическое столкновение и в результате узнают больше о черных дырах и космосе.
Передовая обсерватория гравитационных волн Национального научного фонда сделала эти открытия. Объект называется двойной лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO). Им управляет международная группа ученых, в которую входят представители НАСА, Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института.
LIGO имеет два разных офиса: один в Хэнфорде, штат Вашингтон, а другой недалеко от Ливингстона, штат Луизиана. Они намеренно находятся на расстоянии 1 800 миль (около 2 896 км) друг от друга. Гравитационные волны были невероятно тонкими. Они изменили пространство на Земле и вокруг Земли на долю ширины протона. Тем не менее, приборы настолько чувствительны, что могут уловить такие деликатные события.
ЛИГО.
Интерферометр - это в основном измерительный прибор на основе лазера, который может обнаруживать гравитационные волны и определять место их происхождения. Внимательно наблюдая за светом и пространством с помощью двух гигантских интерферометров, исследователи могут гораздо больше узнать о гравитации, одной из четырех основных сил Вселенной. Ученые LIGO говорят, что эти двойные обсерватории находятся на том же уровне сложности, что и большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе. LIGO может сделать открытия, которые повлияют на квантовую механику, теорию относительности, астрономию и даже ядерную физику.
Это третий случай обнаружения гравитационных волн с помощью инструментов на Земле и первое прямое измерение. Теперь мы знаем больше о черных дырах звездной массы, о том, как они формируются, об областях, в которых они обитают, и о том, как две из них могут закончить вращающийся танец смерти и слиться. В данном конкретном случае одна из них была примерно в 30 раз массивнее Солнца, а другая в 19 раз массивнее. Больший привлек меньший.
Приблизившись, они начали кружиться друг вокруг друга в вальсе, длившемся эоны, посылая гравитационные волны на своем пути, приближаясь и приближаясь, пока не объединились, что вызвало взрыв астрономических масштабов. Звучит мрачно-романтично. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Исследователям даже удалось записать звуки, связанные с их последним объятием.
Так что же такое черная дыра? Черная дыра звездной массы - это остатки некогда могущественной звезды. Астрономы считают, что когда у массивной звезды заканчивается ядерное топливо, она взрывается. Меньшая звезда, скажем, размером с наше Солнце, в конечном итоге превратится в красного гиганта, а затем сколлапсирует в белого карлика.
С гораздо большими звездами происходит нечто иное. Внешнее давление, когда-то выталкивающее энергию в космос, исчезло. В результате притягивающее давление гравитации больше не компенсируется и начинает притягивать все внутрь с огромной силой. Гравитационные волны, образовавшиеся в результате объединения этих двух черных дыр, были обнаружены в сентябре и декабре 2015 года. С тех пор исследователи занимаются их изучением.
Член команды LIGO Лаура Кадонати из Технологического института Джорджии рассказала National Geographic: «До наших открытий мы даже не знали наверняка, что эти черные дыры существуют. Также до этого астрономы думали, что они не могут получить больше, чем 10 солнечных масс. Эти недавно открытые намного массивнее.
Одна из теорий состоит в том, что такие черные дыры произошли от звезд, в основном состоящих из гелия и водорода. Эти газы стабильны и мало теряют массу с течением времени. Когда звезда умирает, во взрыв вовлекается большая масса, что делает событие намного более мощным.
LIGO/C altech/MIT/Sonoma State (Аврора Симоннет).
Команда LIGO тщательно изучила обнаруженные гравитационные волны. По ним они могли определить, в каком направлении вращалась каждая черная дыра перед столкновением, и ось каждой из них. Оттуда ученые предположили, что это могли быть родственные звезды. Их останки пляшут шарами самой черной тьмы, кружащимися друг вокруг друга, как хищники, пока большие не проглотят меньших.
Однако некоторые данные свидетельствуют о том, что изначально эти звезды находились далеко друг от друга и в конечном итоге оказались на орбите друг друга, при этом большая из них втягивала меньшую. Ученые надеются, что эти открытия помогут им лучше понять звезды, то, как они развиваются с течением времени, и больше узнать о звездных скоплениях. Они также надеются получить информацию, если смогут, о существовании темной материи.
Эйнштейн предсказал такие гравитационные волны столетие назад, формулируя теорию относительности. Но он думал, что эффект настолько ничтожен, что мы никогда не сможем его измерить. Теперь мы не только можем, мы можем использовать собранные данные, чтобы понять вселенную совершенно по-новому.
Большинство наших наблюдений за Вселенной на сегодняшний день были электромагнитными. Но благодаря точным гравитационным измерениям и наблюдениям мы сможем больше узнать о Вселенной через совершенно другую призму.