Через сто років після передбачення Альбертом Айнштайном існування гравітаційних хвиль вчені нарешті мають неспростовні докази того, що вони існують. Після кількох місяців нетерплячого очікування фізики з Лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) 11 лютого оголосили, що їхні детектори-близнюки (один – в Луїзіані, а інший – у штаті Вашингтон) нарешті вловили сигнал гравітаційних хвиль. Їх джерелом стало злиття двох чорних дір на відстані 400 мегапарсек (1,3 млрд. світлових років) від Землі.
Виконавчий директор обсерваторії LIGO Девід Рітце оголошує про відкриття гравітаційних хвиль 11 лютого 2016 року у Вашингтоні.
«Леді і джентельмени, маю для вас новину: ми детектували гравітаційні хвилі», – повідомив виконавчий директор Лабораторії LIGO Девід Рітце.
Сигнал, який зафіксували вчені, походить від двох чорних дір, одна з яких у 36 разів важча за Сонце, а друга у 29. Кружляючи по спіралі одна навколо одної, вони поступово злилися в одну чорну діру, яка у 62 рази важча за Сонце. Від цієї неймовірно енергетичної події виділилось за короткий час більше енергії, ніж від усіх зірок у видимому Всесвіті разом узятих!
Фізики одностайні, що гравітаційні хвилі – це історичне відкриття, яке його має принести Нобелівську премію. Воно не лише підтверджує постулати теорії відносності, згідно з якими час і простір можуть стискатися та розширюватися, ніби брижі на воді, але й відкриває цілий напрямок космічних спостережень – спостережень за допомогою гравітаційних хвиль, що, як очікують, відкриє нові та незнані факти про найбільш енергетичні події у Всесвіті, такі як чорні діри, нейтронні зорі та спалахи наднових.
«Це лише перший крок у набагато більшому процесі», – стверджує Ілля Мендель, фізик-теоретик з Бірмінгемському університету (Сполучене Королівство). За його словами, гравітаційні хвилі «стануть в один ряд з гамма-променями, рентгенівським випромінюванням та радіохвилями як частина інструментарію, за допомогою якого ми пізнаємо Всесвіт».
Для експерименту LIGO це довгоочікувана подія, адже сигнал шукали ще з початку 2000-х. Безпосереднє відкриття відбулося 14 вересня об 11:50 за центрально-європейським часом. Фізик Марко Драґо з Інституту гравітаційної фізики ім. Макса Планка в Ганновері (Німеччина) першим побачив на своєму комп’ютері дивний сигнал.
Програма, яка аналізує дані в реальному часі, вказувала на те, що обидва інтерферометри побачили хвилю, яка (якщо її подати у вигляді звуку) нагадує пташине щебетання, що стрімко набирає висоту, а тоді різко спадає. Мова йде про коливання, яке розпочалось з частотою 35Герц, миттєво зросло до 250 Герц, а тоді стало хаотичним і швидко погасло. Усе це тривало десь чверть секунди. Через годину новина досягла боса Драґо, фізика Брюса Аллена. Запис виглядав надто добрим, щоб бути правдою. «Коли я вперше це побачив, я подумав, що це, мабуть, пробний сигнал», - каже Аллен.
Річ у тім, що раніше старші члени команди LIGO тестували спроможність групи ідентифікувати потенційне відкриття, анонімно проводячи через систему тестові сигнали. Однак у той час такі «планові навчання» не проводились. Тому зафіксований сигнал походив від справжньої події у Всесвіті. Науковці LIGO провели серію ретельних перевірок, щоб переконатися, чи дійсно сигнал правдивий і означає саме те, що вони шукають.
Щоб встановити джерело хвиль, вченим довелося тріангулювати сигнал від двох детекторів. Інструмент LIGO – це лазерний промінь у вакуумній трубці довжиною 4 км. Операторам вдалося зафіксувати зміну відстані променя під час проходження крізь нього гравітаційної хвилі всього-на-всього на 10-22 м. Щоб уявити собі цю цифру й, отже, точність експерименту, її можна порівняти з товщиною волосинки на відстані від Сонця до Альфа Центаври!
Загальна теорія відносності А. Айнштайна передбачає, що будь-яка космічна подія, яка хвилює тканину часу-простору, утворює гравітаційні брижі, які поширюються Всесвітом. Земля сповнена таких хвиль, наче світлом від зірок, але коли вони доходять до нас, то стають ледь вловимими.
У 1974 р. фізики Джозеф Тейлор і Рассел Галс з Массачуссетського університету довели існування цих хвиль непрямо, спостерігаючи за коливаннями радіосигналу, що походив від пари нейтронних зір, які оберталися одна навколо одної. Відхилення у часі надходження сигналів співпадали з тим, як, згідно теорії А. Айнштайна, мають поширюватися гравітаційні хвилі. Це відкриття принесло їм Нобелівську премію з фізики за 1993 р. Тепер ці хвилі вперше вдалося зафіксувати безпосередньо.
Гравітаційні хвилі, окрім суто теоретичного значення (підтвердження теорії відносності), дозволяють вивчати екстремальні ділянки фізики, такі як сильні гравітаційні поля, процеси у ранньому Всесвіті та властивості матерії за екстремальних значень густини.
Davide Castelvecchi & Alexandra Witze
Einstein's gravitational waves found at last
Nature, 11/02/2016
Зреферував Євген Ланюк