^{Источники: lenta.ru  postnauka.ru  троицкий вариант Наука}

^{Американским ученым с помощью детекторов гравитационно-волновой обсерватории LIGO удалось зафиксировать гравитационные волны, предсказанные 100 лет назад в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Любая новая научная информация о гравитационных волнах позволит человечеству значительно продвинуться в понимании того, как устроена Вселенная.}

^{Существование гравитационных волн предсказано давно, но обнаружение их было под вопросом. 17 марта 2014 года ученые BICEP уже объявляли об открытии гравитационных волн, но оно - открытие - было впоследствии поставлено под сомнение. Физика гравитационных волн очень сложная и несет информацию о структуре пространства-времени, которую никакое другое излучение (электромагнитное, нейтринное и др.) не несет.} 

^{Когда два массивных объекта (например, две нейтронных звезды) находятся на очень тесной орбите (с периодами несколько часов и менее), эффекты сближения объектов становятся заметными. Гравитационные волны уносят энергию и момент импульса. Из-за излучения гравитационных волн такие двойные пульсары  по спирали постепенно приближаются ближе, ближе, ближе и наконец сливаются.}

^{Источниками могут также быть двойные черные дыры. Они могут образоваться из очень массивных звезд, когда в результате гравитационного коллапса ядра звезды в конце ее эволюции образуется не нейтронная звезда, а уже черная дыра. Такие двойные черные дыры тоже могут оказаться на тесной орбите, за счет излучения гравитационных волн приближаться друг к другу и в конце концов слиться. Детекторы LIGO открыли именно черные дыры с массой порядка 30 масс Солнца каждая.}

^{Осенью прошлого года обсерватория начала использовать самые современные и точные лазерные детекторы. После этого известный ученый-космолог Лоуренс Краусс сообщил, что специалистам из LIGO удалось зафиксировать прохождение одной или нескольких гравитационных волн. По словам Лоуренса Краусса, это открытие будет означать наступление новой эры в астрономии.}

^{Гравитационные волны зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 05:51 утра по летнему североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США. Детекторы LIGO обнаружили относительные колебания величиною в десять в минус 19 степени метров (это примерно равно отношению диаметра атома к диаметру яблока) пар разнесенных на четыре километра пробных масс.}

^{Возмущения порождены парой черных дыр (в 29 и 36 раз тяжелее Солнца) в последние доли секунды перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект (в 62 раза тяжелее Солнца). 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. Слияние черных дыр произошло 1,3 миллиарда лет назад (столько времени гравитационное возмущение распространялось до Земли).}

^{Анализируя моменты прихода сигналов (детектор в Ливингстоне записал событие на семь миллисекунд раньше детектора в Хэнфорде), ученые предположили, что источник сигнала расположен в южном полушарии. Результаты исследований направили для публикации в журнал Physical Review Letters. Открытие сделано совместно коллаборациями LIGO (которая включает в себя также коллаборацию GEO и Австралийского консорциума интерферометрической гравитационной астрономии) и франко-итальянской VIRGO, чей детектор расположен недалеко от Пизы.}

^{Что увидели детекторы LIGO}

^{Увидели сигнал, выглядящий именно так, как предсказывалось для слияния пары черных дыр (см. рис 1). Изображено относительное растяжение интерферометра под действием гравитационной волны. Масштаб по вертикали 10–21, что значит растяжение четырехкилометрового плеча интерферометра на 2,5×10–15 см (умеют мерить растяжения до 10–17 см, какой бы фантастикой это ни казалось). На рисунке — растяжения и сжатия двух детекторов (показано разными цветами), находящихся на расстоянии 3000 км. Сначала идет шум, в котором начинают проявляться явные волны, которые идут всё чаще, а потом резко заканчиваются. Каждая волна – пол-оборота системы двух черных дыр. Они быстро сближаются, поэтому время между пиками уменьшается. Последняя волна – это уже практически одна черная дыра, хотя и сильно деформированная.}

^{Как определили массу сливающихся объектов? Грубо говоря, по конечной частоте колебаний (чем больше масса, тем ниже частота – близко к обратно пропорциональной зависимости). Она оказалась весьма низкой – 350 герц. Значит, массы велики – в сумме больше 60 масс Солнца. Из асимметрии пиков можно вытащить индивидуальные массы черных дыр – 36+5-4 и 28±4 масс Солнца, масса конечной дыры 62±4 солнечных. Около трех масс Солнца ушло на излучение гравитационных волн. Столь мощного излучения (1056 эрг/с) никто никогда не регистрировал. Выше я писал «грубо говоря», а если говорить точнее, то все эти параметры были определены подгонкой теоретической кривой, которая получается численным моделированием процесса слияния к реально наблюдаемой.}

^{Как определили расстояние? Тот же самый теоретический расчет, который дает правильную частоту и форму кривой, дает и амплитуду искажения пространства на месте происшествия. Зная, что амплитуда убывает обратно пропорционально расстоянию, видя конечную амплитуду, зная начальную и размер «излучателя», определяем расстояние. Получается около 400 мегапарсек, правда, с большой ошибкой.}

^{Как определили положение события на небе? Для того, чтобы картинки с двух детекторов совместились, одну из них пришлось сдвинуть на 7 миллисекунд – разница во времени прибытия фронта волны. Так определили угол между направлением на источник и линией, соединяющей детекторы. Но знание этого угла дает лишь кольцо на небе. Дополнительную информацию можно вытащить из разницы амплитуд в дух детекторах. Которые по-разному ориентированы. Гравитационная волна поперечна, поэтому плечо интерферометра направленной поперек волны дает больший сигнал. Таким образом удалось вырезать часть кольца; область, откуда мог прийти сигнал, приняла форму полумесяца площадью около 600 квадратных градусов – что-то найти на такой площади с помощью телескопов весьма проблематично.}

^{Исследования в LIGO осуществляются в рамках одноименной коллаборации более чем тысячью ученых из США и 14 других стран, включая Россию, представленную двумя группами из МГУ и Института прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород).}

^{Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял Владимир Брагинский — один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. В состав научной группы, включенной в число соавторов научного открытия, входят семь сотрудников кафедры физики колебаний МГУ, включая руководителя коллектива — Валерия Митрофанова. Группа участвует в проекте с 1992 года и занимается повышением чувствительности гравитационно-волновых детекторов и определением ее фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений.}

^{Теоретические и экспериментальные исследования физиков из МГУ нашли свое воплощение при создании детекторов нового поколения, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр. В процессе работы группы над проектом LIGO получены результаты, важные не только для поиска гравитационных волн, но и для физики в целом. «Научное значение этого открытия огромно. Как и в случае электромагнитных волн, мы осознаем его в полной мере через некоторое время», — сказал Митрофанов.}

^{Пресс-конференция специалистов LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в рамках выпуска программы "Вопрос науки". Ученые в США подтвердили существование гравитационных волн, предсказанное Эйнштейном.
Комментирует итоги пресс-конференции ведущий «Вопроса наук» д.ф-м.н. Алексей Семихатов и его гость д.ф-м.н. Константин Постнов.}

^{Чем так привлекательно это открытие , пояснил Сергей Попов, астрофизик Государственного астрономического института Штернберга МГУ}

^{Геометрические свойства пространства влияют на движение тел или таких объектов, как световой луч.
И наоборот - распределение энергии (это то же самое, что и масса в пространстве) влияет на геометрические свойства пространства.}

^{Физики используют слово "метрика". Метрика - это то, что описывает геометрические свойства пространства.
Например -  вращается огурец.  Не шарик и не сплюснутый диск, а тело другой формы.}

^{Легко себе представить, что когда такой огурец крутится на эластичной плоскости, от него побежит рябь. Представьте себе, что вы стоите где-то, и огурец то одним концом к вам повернется, то другим. В зависимости от положения он по-разному влияет на пространство и время, бежит гравитационная волна.}

^{Гравитационная волна - это рябь, бегущая по метрике пространства-времени.}

^{Представьте себе бусы, брошенные в космос так, что они легли кружком. Когда гравитационная волна будет проходить перпендикулярно их плоскости, они начнут превращаться в эллипс, сжатый то в одну сторону, то в другую. Пространство вокруг них будет возмущено, и они будут это "чувствовать".}

^{Примерно такие бусы ученые и создали, только не в космосе, а на Земле.}

^{На расстоянии четырех километров друг от друга весят зеркала в виде буквы "г" [имеются в виду американские обсерватории LIGO].}

^{Бегают лазерные лучи - это интерферометр. Современные технологии позволяют измерить фантастически малый эффект.
Смещение зеркал, висящих на расстоянии четырех километров друг от друга составляет меньше, чем размер атомного ядра. Это мало даже по сравнению с длиной волны этого лазера. В этом и была загвоздка: гравитация - самое слабое взаимодействие, и поэтому смещения очень маленькие. Такие технические возможности позволяют получить регистрацию гравитационной волны в лабораторных условиях, то есть вот она тут пришла, и зеркала сместились.}

^{В течение года в мире будут работать три детектора.}

^{Три детектора - это очень важно, потому что вот эти штуки очень плохо определяют направление сигнала. Примерно так же как и мы на слух плохо определяем направление источника. "Звук откуда-то справа" - эти детекторы примерно так чувствуют.}

^{Но если стоят поодаль друг от друга три человека, и один слышит звук справа, другой слева, а третий сзади, то совместно они очень точно могут определить направление звука.}

^{Чем больше будет детекторов, чем больше они будут разбросаны по земному шару, тем точнее можно определить направление, в котором расположен источник, и тогда начнется астрономия.}

^{Конечная задача обнаружения гравитационных волн не только в том, чтобы подтвердить общую теорию относительности, но и в том, чтобы новые астрономические знания.}

^{Вот представьте, что есть черная дыра весом в десять масс Солнца. И она сталкивается с другой черной дырой весом в десять масс Солнца. Столкновение происходит на скорости света.}

^{Энергии прорва. Ее фантастически много. И ее никак не увидеть. Это только рябь пространства и времени.}

^{Детектирование слияния двух черных дыр на долгое время станет самым надежным подтверждением того, что черные дыры - это примерно такие черные дыры, как мы их себе представляем.}