В феврале 2016 года ученые Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) вошли в историю, объявив о первом в мире обнаружении гравитационных волн (ГВ). Эти колебания в самой ткани Вселенной, вызванные слиянием черных дыр или столкновением белых карликов, были впервые предсказаны теорией общей теории относительности Эйнштейна примерно сто лет назад.
Около года назад два объекта LIGO были отключены, поэтому его детекторы могли пройти серию обновлений оборудования. Теперь, когда эти обновления завершены, LIGO недавно объявил, что обсерватория снова начнет работать 1 апреля. В этот момент его ученые ожидают, что его повышенная чувствительность позволит проводить «почти ежедневные» обнаружения.
К настоящему времени за три с половиной года было обнаружено всего 11 событий гравитационных волн. Десять из них были результатом слияния черных дыр, в то время как оставшийся сигнал был вызван парой нейтронных звезд, сталкивающихся (событие килонова). Изучая эти события и подобные им, ученые фактически вступили в новую эру астрономии.
И теперь, когда обновления LIGO завершены, ученые надеются удвоить количество событий, обнаруженных в наступающем году. Саид Габриэла Гонсалес, профессор физики и астрономии в Университете штата Луизиана, которая годами охотилась за GW:
«Галилей изобрел телескоп или впервые использовал его в астрономии 400 лет назад. И сегодня мы все еще строим лучшие телескопы. Я думаю, что это десятилетие стало началом астрономии гравитационных волн. Так что это будет прогрессировать, с лучшими детекторами, с разными детекторами, с большим количеством детекторов ».
Расположенные в Ханфруде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана, два детектора LIGO состоят из двух бетонных труб, которые соединены у основания (образуя гигантскую L-образную форму) и проходят перпендикулярно друг другу примерно на 3,2 км (2 мили). Внутри трубопроводов два мощных лазерных луча, отраженные от серии зеркал, используются для измерения длины каждого рычага с предельной точностью.
Когда гравитационные волны проходят через детекторы, они искажают пространство и приводят к тому, что длина изменяется на малейшее расстояние (т.е. на субатомном уровне). По словам Джозефа Джайме, главы обсерватории LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, последние обновления включают оптику, которая увеличит мощность лазера и уменьшит «шум» в их измерениях.
В оставшуюся часть года исследования гравитационных волн будут также поддерживаться тем фактом, что третий детектор (интерферометр Девы в Италии) будет также проводить наблюдения. Во время последнего наблюдения LIGO, который длился с ноября 2016 года по август 2017 года, Дева была только в рабочем состоянии и могла предложить поддержку до самого конца.
Кроме того, ожидается, что в ближайшем будущем японская обсерватория KAGRA будет подключена к сети, что позволит создать еще более надежную сеть обнаружения. В конце концов, наличие нескольких обсерваторий, разделенных огромными расстояниями по всему миру, не только обеспечивает большую степень подтверждения, но также помогает сузить возможные местоположения источников ГВ.
На следующем этапе наблюдений астрономы GW также получат преимущества системы оповещения населения, которая стала обычной особенностью современной астрономии. По сути, когда LIGO обнаруживает событие GW, команда отправляет предупреждение, чтобы обсерватории всего мира могли направить свои телескопы на источник - в случае, если событие вызывает наблюдаемые явления.
Это, безусловно, имело место в случае с событием kilnova, которое состоялось в 2017 году (также известное как GW170817). После столкновения двух нейтронных звезд, создавших ГВ, появилось яркое послесвечение, которое со временем стало ярче. Столкновение также привело к выпуску сверхбыстрых струй материала и образованию черной дыры.
По словам Нергиса Мавалвала, исследователя гравитационных волн в Массачусетском технологическом институте, наблюдаемые явления, связанные с событиями ГВ, до сих пор были редким явлением. Кроме того, всегда есть вероятность, что будет обнаружено что-то совершенно неожиданное, что удивит ученых и поразит их:
«Мы видели только эту горстку черных дыр из всех возможных. Есть много, много вопросов, на которые мы до сих пор не знаем, как ответить… Так происходит открытие. Вы включаете новый инструмент, указываете на небо и видите то, о чем вы даже не подозревали.
Исследование гравитационных волн - это лишь одна из нескольких революций, происходящих в астрономии в наши дни. И так же, как и в других областях исследований (таких как исследования экзопланет и наблюдения ранней Вселенной), она выиграет от внедрения как усовершенствованных инструментов, так и методов в ближайшие годы.
