Ученые делают первое прямое обнаружение гравитационных волн: сигнал LIGO показывает первое наблюдение за двумя крупными столкновениями черных дыр, доказывает право Эйнштейна

Теперь впервые ученые в Научном Сотрудничестве LIGO — с видной ролью, которую играют исследователи в MIT и Калифорнийском технологическом институте — непосредственно наблюдали волны гравитационных волн в инструменте на Земле. Таким образом, они снова существенно подтвердили теорию Эйнштейна Общей теории относительности и открыли новый путь, которым можно рассмотреть вселенную.

Но есть больше: ученые также расшифровали сигнал гравитационной волны и определили его источник. Согласно их вычислениям, гравитационная волна — продукт столкновения между двумя крупными черными дырами, 1,3 миллиарда световых годов далеко — удивительно экстремальное явление, которое не наблюдалось до сих пор.Исследователи обнаружили сигнал с Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) — двойные датчики, тщательно построенные, чтобы обнаружить невероятно крошечные колебания от прохождения гравитационных волн.

Как только исследователи получили гравитационный сигнал, они преобразовали его в аудио волны и слушали звук двух черных дыр, растущих вместе, затем сливаясь в более крупную единственную черную дыру.«Мы на самом деле слышим, что они идут удар ночью», говорит Мэтью Эванс, доцент физики в MIT. «Мы получаем сигнал, который прибывает в Землю, и мы можем поместить ее на спикера, и мы можем услышать, что эти черные дыры идут, ‘Возглас’. Есть очень интуитивная связь с этим наблюдением. Вы действительно слушаете эти вещи, которые прежде были так или иначе фантастическими».

Дальнейшим анализом гравитационного сигнала команда смогла проследить заключительные миллисекунды, прежде чем черные дыры столкнулись. Они решили, что черные дыры, в 30 раз более крупные, чем наше солнце, окружили друг друга в близко к скорости света прежде, чем соединиться в столкновении и испустить огромную сумму энергии, эквивалентной приблизительно трем солнечным массам — согласно уравнению Эйнштейна E=mc2 — в форме гравитационных волн.«Большая часть той энергии выпущена во всего нескольких десятых частях секунды», говорит Питер Фричель, главный ученый датчика LIGO и старший научный сотрудник из Института Kavli MIT Астрофизики и Космического исследования. «В течение очень короткого срока фактическая мощность в гравитационных волнах была выше, чем весь свет в видимой вселенной».Эти волны тогда прокатились по вселенной, эффективно деформировав ткань пространства-времени, перед прохождением через Землю больше чем миллиард лет спустя как слабые следы их бывшего, сильного происхождения.

«Это — захватывающий сигнал», говорит Рэйнер Вайс, почетный профессор физики в MIT. «Это — сигнал, который многие из нас хотели наблюдать со времени, LIGO был предложен. Это показывает динамику объектов в самых сильных вообразимых полях тяготения, область, где сила тяжести Ньютона не работает вообще, и каждому нужны полностью нелинейные уравнения поля Эйнштейна, чтобы объяснить явления.

Триумф состоит в том, что форма волны, которую мы измеряем, очень хорошо представлена решениями этих уравнений. Эйнштейн прав в режиме, где его теория никогда не проверялась прежде».

Новые результаты изданы сегодня в журнале Physical Review Letters.«Великолепно в выравнивании»Первые доказательства гравитационных волн прибыли в 1974, когда физики Рассел Хулс и Джозеф Тейлор обнаружили пару нейтронных звезд, 21 000 световых годов от Земли, которая, казалось, вела себя в любопытном образце. Они вывели, что звезды вращались друг вокруг друга таким способом, которым они должны терять энергию в форме гравитационных волн — обнаружение, которое заработало для исследователей Нобелевскую премию по физике в 1993.

Теперь LIGO сделал первое непосредственное наблюдение гравитационных волн с инструментом на Земле. Исследователи обнаружили гравитационные волны 14 сентября 2015, в 5:51 EDT, используя двойные интерферометры LIGO, расположенные в Ливингстоне, Луизиана и Хенфорде, Вашингтон.Каждый L-образный интерферометр охватывает 4 километра в длине и использует лазерное легкое разделение в два луча, которые едут назад и вперед через каждую руку, подпрыгивающую между точно формируемыми зеркалами.

Каждый луч контролирует расстояние между этими зеркалами, которые, согласно теории Эйнштейна, изменятся бесконечно мало, когда гравитационная волна пройдет инструментом.«Вы можете почти визуализировать его, как будто Вы пропустили скалу на поверхность водоема, и рябь выходит», говорит Нерджис Мэльвэльвэла, профессор Кертиса и Кэтлин Марбл Астрофизики в MIT». [Это] что-то, что искажает космическое время вокруг этого, и то искажение размножает внешний и достигает нас на Земле сотни миллионов световых годов спустя."В прошлом марте исследователи закончили значительные обновления к интерферометрам, известным как Продвинутый LIGO, увеличив чувствительность инструментов и позволив им обнаружить изменение в длине каждой руки, меньшей, чем однодесятитысячный диаметр протона. К сентябрю они были готовы начать наблюдать с ними.

«Эффект, который мы измеряем на Земле, эквивалентен измерению расстояния до самой близкой звезды, Альфы Сентори, до в нескольких микронах», говорит Эванс. «Это — очень жесткое измерение, чтобы сделать. Эйнштейн ожидал, что это никогда не будет осуществлено».

Тем не менее, сигнал проник. Используя уравнения Эйнштейна, команда проанализировала сигнал и решила, что это произошло из столкновения между двумя крупными черными дырами.«Мы думали, что это было огромной проблемой доказать нам и другим, что первые несколько сигналов, что мы видели, не были просто счастливыми случайностями и случайным шумом», говорит Дэвид Шоемэкер, директор Лаборатории LIGO MIT. «Но природа была просто невероятно добра в поставке нам сигнал, это очень большое, чрезвычайно легкое понять, и абсолютно, великолепно в выравнивании с теорией Эйнштейна».

Для сотен LIGO ученых это новое обнаружение гравитационных волн отмечает не только кульминацию поиска длиной в десятилетия, но также и начало нового способа посмотреть на вселенную.«Это действительно открывает совершенно новую область для астрофизики», говорит Эванс. «Мы всегда обращаемся к небу с телескопами и ищем электромагнитную радиацию как свет, радиоволны или рентген. Теперь гравитационные волны — абсолютно новый путь, которым мы можем узнать вселенную вокруг нас».Крошечное обнаружение, крупная выплата

Исследование LIGO выполнено LIGO Scientific Collaboration (LSC), группой приблизительно из 950 ученых из университетов по Соединенным Штатам, включая MIT, и в 15 других странах. Обсерваториям LIGO управляют MIT и Калифорнийский технологический институт.

Инструменты сначала исследовались как средство обнаружить гравитационные волны в 1970-х Вайсом, который наряду с Кипом Торн и Рональд Древер из Калифорнийского технологического института предложили LIGO в 1980-х.«Это было 20 годами работы, и для некоторых из нас, еще больше», говорит Эванс. «Это было долгое время, работая над этими датчиками, ничего не видя. Таким образом, это — реальные кардинальные изменения и интересное психологическое изменение для целого сотрудничества».«Проект представляет триумф для финансируемого государством исследования», говорит Мария Цубер, вице-президент по исследованию и профессор Э. А. Гризвольда Геофизики в MIT. «LIGO — пример рискованных инвестиций высокого дохода в управляемую открытием науку.

В этом случае инвестиции были крупными и длительными за многие годы с успешным результатом, совсем не уверенным. Но научная выплата развивается, чтобы быть экстраординарной.

В то время как открытия сообщили, здесь уже великолепны, они представляют верхушку айсберга того, что станет известно о фундаментальной физике и природе вселенной».Обсерватории LIGO подлежат большему количеству модернизаций в ближайшем будущем.

В настоящее время инструменты выступают в одной трети их запланированной чувствительности. Как только они полностью оптимизированы, Сапожник предсказывает, что ученые будут в состоянии обнаружить гравитационные волны, выделяющиеся «от края вселенной».«Через несколько лет, когда это полностью уполномочено, мы должны видеть события от целого множества объектов: черные дыры, нейтронные звезды, сверхновая звезда, а также вещи, из которых мы еще не вообразили на частоте один раз в день или один раз в неделю, в зависимости от того, сколько неожиданности там». Сапожник говорит. «Это — наша мечта, и до сих пор у нас нет причины знать, что это не верно».

Что касается этого нового гравитационного сигнала, Вайс, который сначала придумал элементарный дизайн для LIGO в 1970-х как часть экспериментального осуществления для одного из его курсов MIT, рассматривает крошечное обнаружение как крупную выплату.«Это — первые реальные доказательства, что мы видели теперь преимуществ высокого поля тяготения: чудовищные вещи как звезды, перемещающиеся в скорость света, врезающегося друг в друга и заставляющего геометрию пространства-времени превратиться в своего рода стиральную машину», говорит Вайс. «И эта страшно сильная вещь сделала очень крошечный эффект в нашем аппарате, относительном движении 10 к минус 18 метров между зеркалами в руках интерферометра. Это — вид невероятных, чтобы думать о».

Это исследование финансировалось Национальным научным фондом.


5 комментариев к “Ученые делают первое прямое обнаружение гравитационных волн: сигнал LIGO показывает первое наблюдение за двумя крупными столкновениями черных дыр, доказывает право Эйнштейна”

  1. Обращаюсь к модераторам корра…Вы сделайте что бы в опросах касательно Украины могли принимать участие люди с украинским айпи….Ну это же нонсенс спрашивать Как вы оцениваете два года президентства Петра Порошенко? У русских…И так во всех вопросах 70-80% односторонне голосуют…

  2. Россияне так не пойдет, вы должны были Крым нам вернуть с нормальным мостом, а не с этой рухлядью!

  3. Запорожец Модест

    Ну вот приехали, теперь Европа принадлежит России? Может они сами должны решать нужны им войска США или нет.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *