Научный прорыв 2017 года обеспечили российские физики

Точность ловли гравитационных волн удалось повысить до феноменального уровня.

Обнаружение гравитационных волн, порожденных столкновением двух нейтронных звезд — по версии журнала Science, именно это открытие достойно называться главным «Научным прорывом 2017 года» (Science’s 2017 Breakthrough of the Year).

"Настоящая симфония для физиков и астрономов" — так охарактеризовали достижение большого интернационального коллектива ученых авторитетные эксперты.

«Прорыв» произошел 17 августа 2017 года. В этот день детекторы обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) впервые зарегистрировали те самые гравитационные волны, которые возникли в результате катаклизма, случившегося в 130 миллионах световых годах от Земли в галактике NGC 4993. Там столкнулись две нейтронные звезды, «встряхнувшие» ткань пространства-времени. До нас добралась «рябь», на которую и среагировали чувствительные приборы.

Как полагают ученые, скорее всего столкнулись сблизившиеся нейтронные звезды бинарной звездной системы. В результате могла образоваться более крупная нейтронная звезда. А могла и черная дыра появиться.

Столкновение нейтронных звезд.

Ученые ловили гравитационные волны и раньше — несколько раз. Но они были порождены куда более мощными и «весомыми» источниками — сталкивающимися черными дырами. Нейтронные звезды ускользали от «ловцов» в силу своей слабости. Простите уж за каламбур. И то, что получилось зафиксировать гравитационные волны даже от них, продемонстрировало: возможности детекторов существенно расширились.

«Расширение» произошло как раз благодаря усилиям, которые заблаговременно предприняли российские ученые. А именно: изменили форму антенн, чтобы свести к минимуму посторонние шумы. Подобрали и оптимальный материал для зеркал - плавленый кварц.

В итоге, чувствительность обсерватории стала феноменальной - 10 в минус 19 степени метра. Это в 10000 раз меньше диаметра протона - ядра атома водорода.

Тоннели гравитационной обсерватории.

Кстати, «прорыв» знаменателен еще и тем, что впервые удалось не только «ощутить» далекий катаклизм посредством гравитационных волн, но и увидеть его последствия — а именно гамма всплеск и чудовищную вспышку — так называемую килонову, которая в тысячи раз мощнее вспышки сверхновой.

Спустя две секунды после того, как гравитационные волны всколыхнули детекторы обсерватории LIGO, гамма-телескоп НАСА (NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope) засек гамма-всплеск. Потом космический телескоп «Хаббл» (NASA’s Hubble Space Telescope) зафиксировал и «огонек» вспышки, который не угасал 6 дней.

Килонова - чудовищная вспышка, возникшая после стлкновения нейтронных звезд.

P { margin-bottom: 0.21cm; }

СПРАВКА «Комсомолки»

Нейтронная звезда - очень тяжелый и плотный, но небольшой объект. Внутри него нейтроны, снаружи - корка из электронов и ядер тяжелых элементов. Масса типичной нейтронной звезды около 2 солнечных, диаметром примерно 20 километров.

Столкновение нейтронных звезд происходит в процессе их вращения друг относительно друга — словно бы в вальсе.

Гравитационные волны - «рябь» в ткани пространства-времени. Согласно Общей теории относительности, которую Альберт Эйнштейн обнародовал в 1916 году, гравитационные волны просто обязаны существовать. Особо интенсивно их должны пускать по Вселенной взрывы сверхновых звезд, образующиеся и сливающиеся черные дыры, сталкивающиеся нейтронные звезды и прочие катаклизмы.

Ученые полагали — и как выяснилось, справедливо, что возникшие в результате сотрясений ткани пространства-времени гравитационные волны, распространяясь словно круги по воде, рано или поздно достигнут Земли. Где и могут быть уловлены с помощью приборов - гравитационных обсерваторий.

Впервые гравитационные волны «попались» 14 сентября 2015 года, о чем ученые торжественно объявили 11 февраля 2016 года. А в октябре 2017 года уже получили по заслугам — Нобелевскую премию. Она досталась Кипу Торну (Kip Thorne), Барри Баришу (Barry Barish) и Райнеру Вайссу (Rainer Weiss) как раз за наблюдение гравитационных волн в обсерватории LIGO.

Гравитационные обсерватории — обширные комплексы, предназначенные для регистрации гравитационных волн. Обсерватория LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) состоит из двух исследовательских установок. Одна находится в Ливингстоне, штат Луизиана (Livingston, Louisiana), а другая - на расстоянии более 3000 км, в Ханфорде, штат Вашингтон (Hanford, Washington).

Суть ловли гравитационных волн проста. Два лазерных луча направляют перпендикулярно друг другу по трубам большой длины. Потом с помощью зеркал лучи сводят в один. И смотрят на результат - на интерференционную картину. Если гравитационная волна приходит, то она сжимает пространство в одном направлении и растягивает в перпендикулярном. Расстояния, пробегаемые лучами, изменяются. И это видно на картинке, которая представляет из себя концентрические окружности.

По словам одного из участников нынешнего «прорыва», научного директора Российского квантового центра, профессора МГУ Михаила Городецкого, с обнаружением гравитационных волн началась новая эра – гравитационно-волновой астрономии. Появился еще один инструмент для исследования Вселенной.

- Мы будем фиксировать интереснейшие события, - пообещал ученый. - Проверим теорию относительности на таком уровне точности, который недоступен для других методов. Проверим новые теории и, возможно, приблизимся к созданию квантовой теории гравитации. Или даже к теории великого объединения.