Гравітаційні хвилі стають рутиною: вже втретє дослідники зафіксували коливання простору-часу, які ще сто років тому передбачив Альберт Айнштайн. Проте цього разу, крім обох удосконалених обсерваторій LIGO в США, на яких записали всі три випадки, коли проявлялися гравітаційні хвилі дотепер, у дослідження вступив італійський детектор Virgo. 14 серпня 2017 року о 12:30:43 за центральноєвропейським часом три пристрої спостерегли сигнал GW170814, що виник у результаті сплавлення двох чорних дір.
Сигнал з простору: дві чорні діри з 31 і 25 сонячними масами зливаються і відправляють гравітаційні хвилі. Кольори визначає сила поля. Зображення: Numerisch-relativistische Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes Project; Wissenschaftliche Visualisierung: T. Dietrich (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), R. Haas (NCSA).
Велика радість панує поміж науковцями – зокрема з Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка в Ганновері та Потсдамі. «Астрономія гравітаційних хвиль розвивається блискавично. З третім великим детектором ми можемо значно точніше визначати розташування та відстань до джерела гравітаційних хвиль, – одноголосно кажуть Алессандра Буонанно (Alessandra Buonanno) та її колеги Брюс Аллен (Bruce Allen) і Карстен Данцман (Karsten Danzmann). – Так ми можемо ефективніше шукати електромагнітні частинки-сигнали самого джерела, пришвидшуючи настання нової доби всесигнальної астрономії (multi-messenger-astronomie)».
Треті гравітаційні хвилі отримали назву GW170814. Їх шукали загалом 25 обсерваторій в електромагнітному спектрі та в діапазоні гамма- та рентген-променів, видимого світла, інфрачервоного випромінювання й радіохвиль, а також намагалися відстежити викиди нейтрино. Проте жоден з інструментів сигналу не виявив, що узгоджується з очікуванням щодо зоряних чорних дір.
Обидва космічні монстри перед своїм об’єднанням мали масу 31 і 25 Сонць. Отримана в результаті чорна діра важила як 53 Сонця – три сонячні маси перетворилися на гравітаційні хвилі.
Зображення: The LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration.
Сигнал досягнув LIGO-детектора в Лівінґстоні приблизно на 8 мілісекунд швидше, ніж у Генфорді, та майже на 14 мілісекунд швидше, ніж детектора Virgo в Тоскані. На підставі цієї відмінності ученим вдалося вирахувати напрям хвиль.
GW170814 локалізували у ділянці 60 квадратного градуса у південному небі між сузір’ям Ерідану та Годинника. Завдяки порівнянню виміряних форм хвилі та передбачень загальної теорії відносності вчені отримали показники відстані – вона становить приблизно 1,8 мільярда світлових років.
До відкриття й аналізу даних були залучені й науковці з Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка в Потсдамі та Ганновері. Карстен Данцман у співпраці з командою науковців зі Спільноти імені Макса Планка, Університету імені Ляйбніца та зі Сполученого Королівства з середини 90-их рр. ХХ століття експлуатують детектор гравітаційних хвиль GEO600, що на південь від Ганновера. Установа – центр розвитку сучасних і прогресивних технологій.
Разом з Лазерним центром у Ганновері науковці зі Спільноти імені Макса Планка спроектували, збудували та інсталювали потужний лазер в серці інструментів LIGO і Virgo. Визначальні покращення в оптичному принципі вимірювання і посилення потужності й сигналу GEO600 продемонстрував уперше.
Члени відділу «Спостереження за відносністю та космологією» (Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie), що в межах Інституту імені Макса Планка в Ганновері, аналізували дані Virgo, аби перевірити, чи слабкий сигнал не спричинили випадкові флуктуаційні шуми. Вони виявили: з понад 99-відсотковою ймовірністю сигнал є справжнім. Крім того, учені виправили інструментальні шуми в даних детекторів LIGO, тож їхня чутливість суттєво зросла.
Відділ «Астрофізичної та космологічної відносності» в Потсдамському Інституті імені Макса Планка відіграв вирішальну роль при спостереженні та інтерпретації сигналу GW170814, розробивши та використовуючи найточніші моделі хвильових форм, які вистежили і схарактеризували джерело GW170814. Ці фізичні моделі брали до уваги ексцентричність орбіти й приливи та відливи нейтронних зір. Мета – в майбутніх спостереженнях краще розуміти виникнення подвійних систем і матерії в екстремальних умовах.
Gravitationswellen gleich dreimal gemessen
mpg.de, 27/09/2017
Зреферувала Соломія Кривенко
28.09.2017