Технологии

Грaвитaциoнныe вoлны будут тaкими жe, тoлькo будут бoльшe пoxoжи нa звук, чeм нa свeт. И чтoбы этoт мoмeнт свeршился, пoтрeбoвaлoсь стo лeт. — С пoмoщью МПВР мы мoгли бы видeть иx в нaчaлe спирaльнoй фaзы, кoгдa oни тoлькo вступaют в oрбиту друг другa». Дэвид Рeйтцe, испoлнитeльный дирeктoр лaбoрaтoрии LIGO, вчeрa утрoм вышeл нa пoдиум National Press Building в Вaшингтoнe и скaзaл слoвa, кoтoрыx учeныe ждaли oчeнь дaвнo: «Мы oбнaружили грaвитaциoнныe волны». Мы всю жизнь были глухими, но теперь нам вернули слух. «Они буквально раздавливают и растягивают ткань пространства-времени», — говорит Кьяра Мингарелли, астрофизик гравитационных волн в Калтехе. Подобные сцены, скорее всего, были разыграны в MIT, в Ливингстоне, в Ханфорде и в Европе, поскольку LIGO является международным проектом ценой в миллиард долларов. Как следует из названия, ученые NanoGRAV охотятся на низкочастотные гравитационные волны в режиме от 1 до 10 наногерц; чувствительность LIGO находится в килогерцевой (слышимой) части спектра, ищет очень длинные волны. В конце концов, в начале оперативного этапа LIGO, руководители проекта намеренно вставляли ложные сигналы в данные для проверки строгости анализа. Но мы-то знаем, о чем вы думаете: пора запускать варп-двигатель, чуваки! Или, возможно, это была работа злого гения. На самом деле, их целый спектр, подобно тому, как бывают разные типы света, с различной длиной волны, в электромагнитном спектре. И все это стало понятно по данным сразу после того, как обновленная Advanced LIGO начала работать. У LIGO сейчас есть два детектора, которые выступают «ушами» для ученых, и в будущем будет еще больше детекторов. Импульсы должны приходить одновременно, но если в них попадает гравитационная волна, они будут приходить чуть раньше или позже, поскольку пространство-время будет сжиматься или растягиваться по мере прохождения волны. Волны этих сигналов близко соответствовали прогнозируемым (смотри ниже). По одному только сигналу физики смогли вывести массы обеих черных дыр, изучая частоту (одна была 29 солнечных масс, другая 36). Цель LISA проста: используя лазерные интерферометры, космический аппарат попытается точно измерить относительное положение двух 1,8-дюймовых золото-платиновых кубов в состоянии свободного падения. Первое непрямое доказательство пришло в процессе изучения пульсаров в 1974 году, когда Джозеф Тейлор-младший и Расселл Халс обнаружили, что пульсар, вращающийся вокруг нейтронной звезды, медленно сжимается со временем — такой эффект можно было бы ожидать, если бы он преобразовывал часть своей массы в энергию в форме гравитационных волн. Это как звуковой отпечаток пальца, похожий на сигнатуры распада, которые физики высоких энергий используют для идентификации субатомных частиц, рождающихся при столкновениях на Большом адронном коллайдере. 14 сентября 2015 года в 5:51 утра детекторы LIGO в Ливингстоне и Ханфорде зарегистрировали сигналы с разницей в миллисекунды. И это периодическое вращение чрезвычайно точное — почти так же точно, как атомные часы. Он решил, что это какой-нибудь недовольный и обиженный член команды LIGO сделал пакость из мести. Обе коллаборации продолжают охоту в надежде пролить свет на раннюю историю нашей Вселенной — и, надеюсь, подтверждение ключевых прогнозов инфляционной теории. И она пока еще не работает со всей чувствительностью. Конечно, нет. Но я думаю, что столкновение двух черных дыр более вероятно». «Мы не можем исключать гипотезу злого гения, — заявил он во время пресс-конференции в Калтехе. Но прямое обнаружение оставалось призрачным — до сих пор. Теперь мы бросим первый взгляд на темную сторону. Поможет ли открытие LIGO построить Звезду Смерти на следующей неделе? Размещенные в отдельных электродных боксах в 15 дюймах друг от друга, тестовые объекты будут защищены от солнечного ветра и других внешних сил, так что будет возможно обнаружить крошечное движение, вызванное гравитационными волнами (будем надеяться). Каждый из четырех режимов гравитационных волн откроет астрономам четыре новых окна на Вселенную. В конце концов, это работа ученых, этим они зарабатывают на хлеб. Ключевое отличие в том, что если звуку нужна среда, в которой он путешествует, гравитационные волны движут среду — в данном случае само пространство-время. Как именно будет происходить эта революция? BICEP2 заявил об обнаружении таковой в 2014 году, но оказалось, что сигнал был фальшивым (виновата космическая пыль). Подумайте о новых возможностях в таком ключе: каждый раз, когда астрономы смотрели на нашу Вселенную в свете определенной длины волны — рентгеновском, инфракрасном, радио, гамма — они открывали аспекты, которых раньше не видели. И если LIGO стала первой обнаружившей, она явно не будет единственной. Все было настолько хорошо, что Рейтце начал опасаться, что все слишком хорошо, чтобы быть правдой. Как и Алан Вайнштейн, возглавляющий LIGO в Калтехе. Даже если его коллеги заверили его, что новый сигнал не является частью «слепого вброса», Вайнштейн не поверил. Понимая, как работает Вселенная, мы можем больше полагаться на свои возможности. И набитый людьми зал в здании Калтеха в Пасадене, где собрались люди, чтобы посмотреть живую трансляцию, разразился бурными аплодисментами. Эта коллаборация опирается на данные пульсаров, собранные обсерваторией Аресибо в Пуэрто-Рико и телескопом Грин-Бэнк в Западной Вирджинии. Массивы пульсарных временных решеток особенно чувствительны к гравитационным волнам, произведенным путем слияния сверхмассивных черных дыр в миллиард или десять миллиардов раз больше массы нашего Солнца, вроде тех, что скрываются в центре самых массивных галактик. Находящаяся на Земле LIGO прекрасно обнаруживает гравитационные волны, эквивалентные части спектра слышимого звука — вроде того, что произвели наши сливающиеся черные дыры. Представьте, как три наших солнца внезапно аннигилируют, и вы поймете, о какой энергии идет речь. Вайнштейн сказал, что еще 12 связанных с LIGO работ будет опубликовано не сегодня завтра. Основная задача текущей миссии LISA Pathfinder (которая началась в декабре) — проверить работу детектора. Если две таких галактики сольются, дыры в их центрах также сольются и испустят гравитационные волны. Вот как все было. Они также испускают мощные всплески излучения по мере вращения, как маяк, которые фиксируются как импульсы света на Земле. Но чем лучше мы поймем гравитацию, тем шире мы будем понимать, как строить подобные вещи. Мингарелли работает с коллаборацией NanoGRAV (северо-американской наногерцевой обсерваторией гравитационных волн), частью крупного международного консорциума, в который входят European Pulsar Timing Array и Parkes Pulsar Timing Array в Австралии. Это не только первое обнаружение гравитационных волн, но и также первое доказательство существования бинарных систем черных дыр. Типов гравитационных волн весьма много. Придется сразу нормально делать, чтоб нормально работало». Эта теория предсказала, что вскоре после своего рождения Вселенная пережила быстрый рост, который не мог не оставить мощных гравитационных волн, оставшихся отпечатком в реликтовом излучении в форме особых световых волн (поляризации). А есть еще космическая миссия LISA (Laser Interferometer Space Antenna).