Физики впервые зарегистрировали гравитационные волны

12.02.2016



УЧЕНЫЕ ОБЪЯВИЛИ О РЕГИСТРАЦИИ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН

Коллаборация LIGO, в которую входят и представители МГУ имени М.В. Ломоносова более 1000 человек впервые наблюдала колебания пространства-времени — гравитационные волны, пришедшие на Землю от катастрофы, произошедшей далеко во Вселенной.

Это открытие подтверждает важное предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна 1916 года и открывает беспрецедентное новое видение космоса, сообщает пресс-служба МГУ имени М.В. Ломоносова.

«Научное значение этого открытия огромно. Как и в случае электромагнитных волн, мы осознаем его в полной мере через некоторое время, — говорит профессор физического факультета МГУ Валерий Митрофанов, руководитель московской группы коллаборации LIGO. — Проект LIGO начался в 1992 году, в сложное для нашей страны время, но Россия подключилась к проекту благодаря Владимиру Борисовичу Брагинскому, одному из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. Я бы хотел отметить его заслугу в том, что он создал школу на физическом факультете МГУ, воспитанники которой смогли активно участвовать в проекте LIGO, получить результаты, важные для проекта, и вместе с огромным коллективом исследователей подойти к сегодняшнему открытию. Мы надеемся, что это вдохновит студентов, которые учатся на физическом факультете МГУ, потому что в физике сейчас просматривается много интересных и нерешенных проблем».

«Впервые в мире зарегистрированы летящие волны кривизны-пространства, это открытие новой эры гравитационно-волновой астрономии», — комментирует происходящее профессор физического факультета МГУ Сергей Вятчанин.

«Это выдающееся достижение, которое открывает новое направление — гравитационно-волновую астрономию — потребовало реализации крупного проекта широкой международной коллаборацией ученых, — говорит Игорь Биленко, профессор кафедры физики колебаний МГУ. — Очень важно и примечательно, что фундаментальные открытия, сделанные замечательным российским ученым Владимиром Борисовичем Брагинским и его коллегами — квантовые пределы, способы квантовых измерений и квантовые флуктуации — оказались нужны и востребованы в этом проекте».

«Ряд наших исследований оказал влияние на выбор тех или иных решений в LIGO. Московская группа сделала многое для борьбы с шумами и для поиска различных эффектов, которые в обычной жизни почти не встречаются. Их очень сложно зафиксировать, но они оказывают влияние на очень чувствительные детекторы LIGO», — говорит ассистент Леонид Прохоров.

Гравитационные волны несут информацию о своем драматическом происхождении и о природе гравитации, которая не может быть получена иным способом. Физики пришли к выводу, что обнаруженные гравитационные волны были порождены двумя черными дырами в последние доли секунды их слияния с образованием одной, более массивной вращающейся черной дыры. Возможность столкновения двух черных дыр предсказывалась, но такое событие никогда ранее не наблюдалось.

Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 5:51 утра по летнему североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах-близнецах Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO — Laser Interferometric Gravitational Observatory), расположенных в Ливингстоне, США.

Открытие, сообщение о котором принято к публикации в журнале Physical Review Letters, было сделано на основе показаний двух детекторов совместно научной коллаборацией LIGO (которая включает в себя также коллаборацию GEO и Австралийский консорциум интерферометрической гравитационной астрономии) и коллаборацией VIRGO.

На основании наблюдавшихся сигналов ученые LIGO оценили, что чёрные дыры, участвовавшие в этом событии, имели массы в 29 и 36 раз больше массы Солнца, а само событие произошло 1,3 миллиарда лет назад. За доли секунды примерно три солнечных массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Анализируя моменты прихода сигналов — детектор в Ливигстоне записал событие на 7 миллисекунд ранее детектора в Хэнфорде — ученые могут сказать, что источник был расположен в южном полушарии.

Согласно общей теории относительности, пара черных дыр, вращающихся вокруг друг друга, теряют энергию на излучение гравитационных волн, что заставляет их постепенно сближаться на протяжении миллиардов лет, и гораздо быстрее – на последних минутах. Во время последней доли секунды две черные дыры сталкиваются со скоростью почти в половину световой с образованием одной, более массивной черной дыры. При этом часть массы слившихся черных дыр превращается в энергию в соответствии с формулой Эйнштейна E = mc2. Эта энергия излучается в виде сильного всплеска гравитационных волн, которые и наблюдались LIGO.

Гравитационные волны на Земле вызывают чрезвычайно малое изменение размеров. Детекторы LIGO обнаружили относительные колебания пар пробных масс, разнесенных на 4 км, величиною в 10-19 м (это во столько же раз меньше размера атома, во сколько атом меньше яблока).

Исследования в LIGO осуществляются в рамках научной коллаборации LIGO (LSC – LIGO Scientific Collaboration), коллективом из более 1000 ученых из университетов в Соединенных Штатах и 14 других стран, включая Россию. В разработке детекторов и анализе данных участвуют более 90 университетов и научно-исследовательских институтов, существенный вклад также вносит участие около 250 студентов.

Сеть детекторов LSC включает интерферометры LIGO и детектор GEO600. Команда GEO включает ученых из Института гравитационной физики общества Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна, AEI) и университета Лейбница в Ганновере в партнерстве с университетами Великобритании: Глазго, Кардиффа, Бирмингема и другими, а также университета Балеарских островов в Испании.

Создание LIGO для обнаружения гравитационных волн было предложено в 1980 году профессором физики MIT Райнером Вайссом, профессором теоретической физики Калтеха Кипом Торном и профессором физики того же института Рональдом Дривером. Ныне все они являются заслуженными профессорами этих институтов.

Коллаборация VIRGO состоит из более чем 250 физиков и инженеров, принадлежащих к 19 различным европейским исследовательским группам: шесть из Национального центра научных исследований (CNRS) Франции; восемь из Национального института ядерной физики (INFN) Италии; две из Нидерландов (Nikhef); (Wigner RCP) из Венгрии; группой POLGRAW из Польши и Европейской гравитационной обсерваторией (EGO), которая обеспечивает работу детектора VIRGO недалеко от Пизы в Италии.

Открытие стало возможным благодаря новым возможностям обсерватории второго поколения (Advanced LIGO), существенно модифицированной по сравнению с первым, что позволило значительно увеличить объем зондируемой Вселенной и открыть гравитационные волны уже во время первого цикла наблюдений. Национальный научный фонд США лидирует в финансовой поддержке Advanced LIGO. Финансирующие организации в Германии (Общество Макса Планка), в Великобритании (Совет по обеспечению науки и технологии) и Австралии (Австралийский совет по исследованиям) также внесли значительный вклад в проект. Некоторые из ключевых технологий, сделавших Advanced LIGO гораздо более чувствительной, были разработаны и испытаны в германо-британском проекте GEO. Значительные вычислительные ресурсы были предоставлены кластером AEI Atlas в Ганновере, лабораторией LIGO университета Сиракуз и университета Висконсина-Милуоки. Несколько университетов спроектировали, создали и испытали ключевые компоненты для Advanced LIGO: Австралийский национальный университет, университет Аделаиды, университет Флориды, Стэнфордский университет, Колумбийский университет в Нью-Йорке, университет штата Луизиана.

Россия представлена двумя научными коллективами: группой физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и группой Института Прикладной физики РАН (Нижний Новгород).

Подробнее: http://rosnauka.ru/news/1345

Подразделы

Объявления

©РАН 2016