Гравитационные волны — кто они и с чем их едят?

Так что же такое «Гравитационные волны»?

Гравитационные волны — это пульсации в ткани пространства-времени, вызванные ускорением массивных объектов. Впервые они были предсказаны общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1916 году, но только в 20 веке технологии были достаточно развиты, чтобы их обнаружить. В этой статье мы объясним, что такое гравитационные волны, как они обнаруживаются и каково их значение в области физики и астрономии.

Гравитационные волны возникают, когда два массивных объекта (черные дыры или нейтронные звезды) вращаются друг вокруг друга. При движении по орбите они излучают энергию в виде гравитационных волн. Эти волны распространяются со скоростью света и вызывают растяжение и сжатие пространства-времени.

Гравитационная волна — это искривление, которое перемещается в пространстве-времени подобно тому, как водная волна перемещается по поверхности озера

Вот анимационные примеры:

GIF by NASA
GIF by NASA
Итог слияния двух белых карликов и пораждение ими одной большой гравитационной волны
Итог слияния двух белых карликов и пораждение ими одной большой гравитационной волны

На деле же, общая теория относительности Эйнштейна сыграла гораздо бОльшую в открытии гравитационных волн. Вот для наглядности «представление Земли в мире» Эйнштейна и Ньютона.

И как же, собственно, гравитационные волны обнаружить?

На данный момент обнаробнаружением гравитационных волн активно занимается лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) — самый известный и успешный детектор гравитационных волн. Он использует лазерные лучи для измерения расстояния между зеркалами, подвешенными на расстоянии нескольких километров друг от друга. Когда гравитационная волна проходит через детектор, она вызывает мизерное изменение расстояния между зеркалами, которое может быть зафиксировано лазерными лучами.

LIGO начал свое первое наблюдение в 2002 году и с тех пор претерпел несколько модернизаций для улучшения чувствительности. Самая значительная модернизация была проведена в 2015 году, в результате которой чувствительность детектора увеличилась в 10 раз. Эта модернизация, известная как Advanced LIGO, позволила LIGO впервые обнаружить гравитационные волны.

Первое обнаружение гравитационных волн было сделано 14 сентября 2015 года, и оно было вызвано столкновением двух черных дыр. Это открытие, известное как GW150914, стало революционным достижением в области физики и астрономии. С тех пор LIGO обнаружил еще несколько гравитационных волн, включая первое обнаружение слияния бинарных нейтронных звезд и первое обнаружение слияния черных дыр.

Научное сотрудничество LIGO (LSC), представляющее собой международную группу из более чем 1000 ученых, управляет детекторами LIGO и анализирует собранные данные. LSC тесно сотрудничает с другими детекторами гравитационных волн по всему миру, такими как детектор Virgo в Италии и детектор KAGRA в Японии, чтобы увеличить шансы на обнаружение гравитационных волн и повысить точность измерений.

Ворота небес широко распахнулись,ты едешь на черной клубящейся туче…

Обнаружение гравитационных волн открыло новую область астрономии, называемую гравитационно-волновой астрономией. Ученые могут использовать гравитационные волны для изучения Вселенной таким образом, который ранее был невозможен. Например, они могут использовать гравитационные волны для изучения свойств черных дыр и нейтронных звезд, а также для того, чтобы узнать больше о происхождении Вселенной. Кроме того, обнаружение гравитационных волн подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна, а также открыло новые возможности для изучения фундаментальной физики и обнаружения других загадочных явлений, таких как темная материя и темная энергия.

Гравитационные волны также способны произвести революцию в нашем понимании Вселенной таким образом, который мы еще не можем себе представить. С разработкой новых и более чувствительных детекторов ученые смогут обнаружить гравитационные волны от более широкого круга источников, включая сверхновые, бинарные системы и даже сам Большой взрыв.

Подведём итоги…

В последние годы было обнаружено множество гравитационных волн, включая первое обнаружение слияния бинарных нейтронных звезд и первое обнаружение слияния черных дыр. Эти открытия не только подтвердили существование

гравитационных волн, но и позволили по-новому взглянуть на Вселенную.

Продолжая изучать гравитационные волны, мы можем ожидать открытия новой и захватывающей информации о Вселенной и о том, как она устроена. Будет интересно посмотреть, как эта новая область науки будет развиваться в будущем.

 

Источник

Читайте также