Открытие века: как ученые поймали гравитационную волну

Однако помимо пар нейтронных звезд возможно также существование других по составу пар небесных тел: это пара нейтронная звезда — черная дыра и пара двух черных дыр, которые должны возникать в результате эволюции очень массивных звезд. И то, что первым гравитационный сигнал был зарегистрирован именно от черных дыр, а не от нейтронных звезд, — это очень важный результат, позволяющий уточнить ключевые детали звездной эволюции.

Почему именно эта система сработала? Это может быть чистой случайностью, а может быть, пар черных дыр действительно больше, чем пар, содержащих нейтронные звезды — из одного события это практически невозможно определить. И чтобы ответить на вопрос, как часто происходят такие события во всей Вселенной, а не только в нашей Галактике, имеющейся статистики недостаточно.

Читайте на РБК Pro

Потрошитель брендов: как бухгалтер сделал 74 работника миллионерами Как бухгалтеру избежать ответственности по долгам компании Какие сотрудники не дают компаниям погибнуть Чем закончится для BMW и Volkswagen дружба с Китаем

Гигантская антенна

Первые попытки построить гравитационную антенну, фиксирующую гравитационные волны, были предприняты еще в 60-х годах XX века. Однако сразу стало ясно, что для обнаружения гравитационного всплеска необходимы гигантские дорогостоящие телескопы, которые начали строить лишь с начала 1990-х годов. Самый большой из них построила обсерватория LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Ее задача — почувствовать смещение двух детекторов волн всего на 10^-16 см, что сравнимо с размером протона.

Километровые масштабы прибора обусловлены необходимостью разнести детекторы телескопа на расстояния, сравнимые с длиной изучаемой волны. Такая уникальная по своей масштабности конструкция телескопа и дала возможность поймать гравитационный сигнал, хотя, безусловно, ученые сильно рисковали.

Научное сообщество LIGO представляет собой объединение ученых со всего мира. В составе коллаборации работают и две научные группы из России: группа Валерия Митрофанова с кафедры физики колебаний физического факультета МГУ, а также группа Александра Сергеева из Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. В усовершенствование раннего варианта антенны (initial LIGO) непосредственный вклад внесла группа отечественных ученых, работающих под руководством Владимира Брагинского и предложивших, в частности, заменить нити, удерживающие массы, со стальных на кварцевые, какие впоследствии и были использованы в современной установке (advanced LIGO). Да и сама идея лазерного детектирования расстояния между детекторами также была выдвинута в 1962 году в МГУ.

Самые оптимистичные прогнозы давали шанс телескопу отслеживать три сигнала в год, пессимистичные — лишь одно событие в течение нескольких лет. Чувствительность обновленной версии телескопа (advanced LIGO) позволяла отслеживать большее количество сигналов, но это, конечно, не означало, что ученые смогли бы ловить сигналы ежегодно — ведь взаимодействие звезд и черных дыр носит весьма вероятностный характер.

В результате 14 сентября 2015 года в 13:51 мск одновременно двумя обсерваториями LIGO — в штатах Луизиана и Вашингтон — был зарегистрирован сигнал, полученный, как показал его анализ, в результате взаимодействия двух космических тел, массы которых составляют 29 и 36 масс Солнца.

Как удалось получить эти параметры? Дело в том, что период орбитального движения небесных тел перед их столкновением зависит от их массы. Поэтому по частоте принимаемого сигнала — несколько сотых долей секунды — можно однозначно определить массу сталкивающихся тел. Поскольку нейтронные звезды не могут иметь массы больше трех масс Солнца, то единственными кандидатами остаются именно черные дыры.

Эксперимент говорит «да»?

Ставшее на прошлой неделе достоянием общественности открытие, подтверждающее еще одно предсказание общей теории относительности Эйнштейна, безусловно, может стать главным научным событием десятилетия. Тем не менее говорить об окончательной победе теории относительности преждевременно. Ведь это открытие — подтверждение очень важного, но все-таки частного решения уравнений Эйнштейна, которое имеет много других предсказаний, до проверки которых нам еще очень далеко.

Эйнштейн говорил: «Эксперимент никогда не говорит теории «да», в лучшем случае он говорит «возможно», а в подавляющем большинстве случаев — просто «нет». Следует напомнить, что, помимо общей теории относительности, есть большое число неэйнштейновских теорий гравитации, часть из которых благодаря улучшению точности наблюдений со временем отвергается. Открытие гравитационных волн, безусловно, отсеет многие из них. И позволит человечеству лучше понять, как устроена Вселенная.