Гравитационные волны
Что такое гравитационные волны: предсказание Эйнштейна, детекторы LIGO и Virgo, первое слияние чёрных дыр 2015 года, слияние нейтронных звёзд 2017 года и будущие антенны.
Гравитационные волны — рябь пространства-времени, которая расходится от ускоренно движущихся массивных тел со скоростью света. Альберт Эйнштейн предсказал их в 1916 году как следствие общей теории относительности («Общая теория относительности»). Прямо их поймали только через сто лет.
Как их ловят
Волна на мгновение растягивает пространство в одном направлении и сжимает в другом. Детектор LIGO — две Г-образные установки в США с вакуумными тоннелями длиной по 4 км — измеряет, как меняется длина плеч. Нужна точность около 10⁻¹⁹ метра: это в десять тысяч раз меньше протона. Подобные установки — Virgo в Италии и KAGRA в Японии, они работают вместе, чтобы определять, откуда пришёл сигнал.
Главные события
- GW150914 (14 сентября 2015). Слияние двух чёрных дыр массами около 36 и 29 масс Солнца на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет. Сигнал длился доли секунды. О нём объявили 11 февраля 2016 года, а в 2017-м Райнер Вайс, Барри Бэриш и Кип Торн получили Нобелевскую премию по физике.
- GW170817 (17 августа 2017). Слияние двух нейтронных звёзд в 130 миллионах световых лет. Через две секунды обсерватории зарегистрировали гамма-всплеск, а затем телескопы по всему миру увидели свечение «килоновой» — взрыв, в котором образуются тяжёлые элементы, включая золото и платину. Впервые одно событие наблюдали и в гравитационных волнах, и в свете.
- С тех пор детекторы зарегистрировали сотни слияний чёрных дыр и нейтронных звёзд.
Что они дают
Гравитационные волны — новый «орган чувств» астрономии. Они приходят от объектов, которые не светят: слияний чёрных дыр. По ним проверяют ОТО в самых сильных полях, определяют массы чёрных дыр и независимо измеряют расширение Вселенной («Расширение Вселенной»).
Что дальше
Наземные детекторы улавливают волны с периодом в доли секунды. Волны от слияний сверхмассивных дыр («Сверхмассивные чёрные дыры») намного длиннее: для них ЕКА готовит космическую антенну LISA из трёх аппаратов, расположенных треугольником со стороной 2,5 миллиона км. А в 2023 году проекты по хронометрированию пульсаров, включая NANOGrav, нашли указания на фон гравитационных волн от множества сливающихся сверхмассивных пар.