11 февраля 2016 г. ученые Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) объявили о первом обнаружении гравитационных волн. Эта разработка, которая подтвердила предсказание, сделанное Эйнштейновской теорией общей теории относительности сто лет назад, открыла новые направления исследований для космологов и астрофизиков. С того времени было сделано больше обнаружений, все из которых, как говорили, были результатом слияния черных дыр.
Последнее обнаружение состоялось 14 августа 2017 года, когда три обсерватории - детекторы Advanced LIGO и Advanced Virgo - одновременно обнаружили гравитационные волны, создаваемые слиянием черных дыр. Это был первый случай, когда гравитационные волны были обнаружены тремя различными объектами со всего мира, открыв тем самым новую эру глобальных сетевых исследований этого космического явления.
Исследование, детализировавшее эти наблюдения, было недавно опубликовано в Интернете Научным Сотрудничеством LIGO и Сотрудничеством Девы. Это исследование, получившее название «GW170814: наблюдение гравитационных волн с помощью трех детекторов при двойном слиянии черных дыр», было также принято для публикации в научном журнале. Письма о физическом обзоре.
Событие, обозначенное как GW170814, наблюдалось в 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) 14 августа 2017 года. Событие было обнаружено двумя LIGO Национального научного фонда. детекторы (расположены в Ливингстоне, Луизиана и Хэнфорде, штат Вашингтон) и детектор Дева, расположенный недалеко от Пизы, Италия, который поддерживается Национальным центром научных исследований (CNRS) и Национальным институтом ядерной физики (INFN).
Хотя это не первый случай обнаружения гравитационных волн, это был первый случай, когда событие было обнаружено тремя обсерваториями одновременно. Франс Кордова, директор NSF, сказала в недавнем пресс-релизе LIGO:
«Чуть более полутора лет назад NSF объявил, что его лазерная интерферометрическая гравитационная волновая обсерватория впервые в мире обнаружила гравитационные волны, возникшие в результате столкновения двух черных дыр в галактике на расстоянии миллиарда световых лет. Сегодня мы рады объявить о первом открытии, сделанном в сотрудничестве между гравитационно-волновой обсерваторией Девы и Научным Сотрудничеством LIGO, впервые обнаружение гравитационных волн было обнаружено этими обсерваториями, расположенными за тысячи миль друг от друга. Это захватывающая веха в растущих международных научных усилиях по раскрытию необычайных загадок нашей вселенной ».
На основании обнаруженных волн научное сотрудничество LIGO (LSC) и сотрудничество Virgo смогли определить тип события, а также массу вовлеченных объектов. Согласно их исследованию, событие было вызвано слиянием двух черных дыр - 31 и 25 солнечных масс, соответственно. Событие произошло на расстоянии около 1,8 миллиарда световых лет от Земли и привело к образованию вращающейся черной дыры с 53 солнечными массами.
Это означает, что около трех солнечных масс во время слияния были преобразованы в энергию гравитационных волн, которую затем обнаружили LIGO и Дева. Хотя это последнее обнаружение само по себе впечатляет, это всего лишь вкус того, что могут сделать детекторы гравитационных волн, такие как коллаборации LIGO и Virgo, теперь, когда они вступили в свою продвинутую стадию и сотрудничают друг с другом.
И Advanced LIGO, и Advanced Virgo являются детекторами гравитационно-волновых волн второго поколения, которые заменили предыдущие. Объекты LIGO, которые были задуманы, построены и эксплуатируются Caltech и MIT, безуспешно собирали данные в период с 2002 по 2010 год. Однако по состоянию на сентябрь 2015 года Advanced LIGO подключился к сети и начал проводить два прогона наблюдений - O1 и O2.
Между тем, оригинальный детектор Дева проводил наблюдения в период с 2003 по октябрь 2011 года, опять же безуспешно. К февралю 2017 года началась интеграция детектора Advanced Virgo, и к следующему апрелю приборы были подключены к сети. В 2007 году Virgo и LIGO также стали партнерами для совместного использования и совместного анализа данных, записанных их соответствующими детекторами.
В августе 2017 года детектор Virgo присоединился к серии O2, и 14 августа состоялось первое в истории одновременное обнаружение, когда данные были собраны всеми тремя приборами LIGO и Virgo. Как отметил представитель LSC Дэвид Шумейкер - исследователь из Массачусетского технологического института (MIT), это обнаружение является лишь первым из многих ожидаемых событий.
«Это только начало наблюдений за сетью, которую позволяют Virgo и LIGO работать вместе», - сказал он. «Со следующим запуском наблюдений, запланированным на осень 2018 года, мы можем ожидать такие обнаружения еженедельно или даже чаще».
Это не только будет означать, что ученые смогут лучше определять будущие события, но они также смогут определять их с гораздо большей точностью. Фактически, переход от сети с двумя детекторами, как ожидается, увеличит вероятность точного определения источника GW170814 с фабрикой 20. Область неба для GW170814 составляет всего 60 квадратных градусов - более чем в 10 раз меньше, чем с данными только от интерферометров LIGO.
Кроме того, от этого партнерства также выиграла точность, с которой измеряется расстояние до источника. Как объяснила Лора Кадонати, профессор технологий в Джорджии и заместитель пресс-секретаря LSC:
«Эта повышенная точность позволит всему астрофизическому сообществу в конечном итоге сделать еще более захватывающие открытия, включая наблюдения нескольких посланников. Меньшая область поиска позволяет проводить последующие наблюдения с помощью телескопов и спутников для космических событий, которые производят гравитационные волны и излучения света, такие как столкновение нейтронных звезд ».
В конце концов, добавление большего количества детекторов в сеть гравитационных волн также позволит провести более подробные проверки теории общей теории относительности Эйнштейна. Дэвид Х. Рейтц из Caltech, исполнительный директор лаборатории LIGO, также высоко оценил новое партнерство и то, что оно позволит.
«Благодаря первому совместному обнаружению детекторов Advanced LIGO и Virgo мы сделали еще один шаг в космос гравитационных волн», - сказал он. «Дева обладает новой мощной способностью обнаруживать и лучше определять местонахождение источников гравитационных волн, которая, несомненно, приведет к захватывающим и неожиданным результатам в будущем».
Изучение гравитационных волн является свидетельством растущего потенциала мировых научных групп и науки интерферометрии. В течение десятилетий существование гравитационных волн было просто теорией; и на рубеже веков все попытки обнаружить их ничего не дали. Но только за последние восемнадцать месяцев было сделано несколько обнаружений, и в ближайшие годы ожидается еще несколько.
Более того, благодаря новой глобальной сети и улучшенным инструментам и методам эти события наверняка расскажут нам о нашей Вселенной и ее физике, которая управляет ею.
