Գրավիտացիոն ալիքների հաճախականությունը. Էյնշտեյնը ճիշտ էր. գրավիտացիոն ալիքները գոյություն ունեն: Գոյության փորձարարական հաստատում

Գրավիտացիոն ալիքները, որոնք տեսականորեն կանխատեսել էր Էյնշտեյնը դեռ 1917 թվականին, դեռ սպասում են իրենց հայտնաբերողին։

1969 թվականի վերջին Մերիլենդի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ջոզեֆ Վեբերը սենսացիոն հայտարարություն արեց. Նա հայտարարեց, որ հայտնաբերել է գրավիտացիոն ալիքներ, որոնք Երկիր են եկել տիեզերքի խորքերից։ Մինչև այդ ոչ մի գիտնական նման պնդում չէր արել, և նման ալիքների հայտնաբերման բուն հնարավորությունը համարվում էր ակնհայտ լինելուց հեռու: Այնուամենայնիվ, Վեբերը հայտնի էր որպես հեղինակություն իր ոլորտում, և, հետևաբար, գործընկերները նրա ուղերձը ընդունեցին լիակատար լրջությամբ:

Այնուամենայնիվ, շուտով հիասթափություն սկսվեց: Վեբերի կողմից իբր գրանցված ալիքների ամպլիտուդները միլիոնավոր անգամ ավելի բարձր էին, քան տեսական արժեքը։ Վեբերը պնդում էր, որ այս ալիքները գալիս են մեր Գալակտիկայի կենտրոնից՝ ծածկված փոշու ամպերով, որոնց մասին այն ժամանակ քիչ բան էր հայտնի։ Աստղաֆիզիկոսները ենթադրում են, որ այնտեղ թաքնված է մի հսկա սև անցք, որը տարեկան խժռում է հազարավոր աստղեր և դուրս է նետում կլանված էներգիայի մի մասը գրավիտացիոն ճառագայթման տեսքով, և աստղագետները իզուր են փնտրում այս տիեզերական մարդակերության ավելի հստակ հետքերը։ (հիմա ապացուցված է, որ այնտեղ իսկապես սև անցք կա, բայց այն բավականին պարկեշտ է տանում): ԱՄՆ-ից, ԽՍՀՄ-ից, Ֆրանսիայից, Գերմանիայից, Անգլիայից և Իտալիայից ֆիզիկոսները փորձեր են սկսել նույն տեսակի դետեկտորների վրա և ոչնչի չեն հասել:

Գիտնականները դեռ չգիտեն, թե ինչին վերագրեն Վեբերի գործիքների տարօրինակ ընթերցումները։ Սակայն նրա ջանքերն ապարդյուն չանցան, թեեւ գրավիտացիոն ալիքներմինչ այժմ չեն հայտնաբերվել: Դրանց որոնման համար մի քանի կայանքներ արդեն կառուցվել կամ կառուցվում են, իսկ տասը տարի հետո նման դետեկտորներ նույնպես տիեզերք կարձակվեն։ Միանգամայն հնարավոր է, որ ոչ այնքան հեռավոր ապագայում գրավիտացիոն ճառագայթումը դառնա նույն դիտելի ֆիզիկական իրականությունը, ինչ էլեկտրամագնիսական տատանումներ. Ցավոք, Ջոզեֆ Վեբերն այլևս չի իմանա դա. նա մահացավ 2000 թվականի սեպտեմբերին:

Ինչ են գրավիտացիոն ալիքները

Հաճախ ասում են, որ գրավիտացիոն ալիքները տարածության մեջ տարածվող գրավիտացիոն դաշտի խանգարումներ են։ Այս սահմանումը ճիշտ է, բայց թերի: Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ գրավիտացիան առաջանում է տարածություն-ժամանակային շարունակականության կորությունից։ Ձգողականության ալիքները տարածություն-ժամանակի չափման տատանումներ են, որոնք դրսևորվում են որպես տատանումներ գրավիտացիոն դաշտ, ուստի դրանք հաճախ փոխաբերական իմաստով կոչվում են տարածություն-ժամանակի ալիքներ։ Գրավիտացիոն ալիքները տեսականորեն կանխատեսվել են 1917 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնի կողմից։ Ոչ ոք չի կասկածում դրանց գոյությանը, սակայն գրավիտացիոն ալիքները դեռ սպասում են իրենց հայտնաբերողին։

Գրավիտացիոն ալիքների աղբյուրը նյութական մարմինների ցանկացած շարժում է, որը հանգեցնում է շրջակա տարածության մեջ ձգողության ուժի ոչ միատեսակ փոփոխության: Հաստատուն արագությամբ շարժվող մարմինը ոչինչ չի ճառագայթում, քանի որ նրա գրավիտացիոն դաշտի բնույթը չի փոխվում։ Գրավիտացիոն ալիքներ արձակելու համար արագացումներ են անհրաժեշտ, բայց ոչ: Մխոցը, որը պտտվում է իր սիմետրիայի առանցքի շուրջ, արագացում է ապրում, բայց նրա գրավիտացիոն դաշտը մնում է միատեսակ, և գրավիտացիոն ալիքներ չեն առաջանում։ Բայց եթե այս մխոցը պտտեք մեկ այլ առանցքի շուրջ, դաշտը կտատանվի, և գրավիտացիոն ալիքները կանցնեն մխոցից բոլոր ուղղություններով:

Այս եզրակացությունը վերաբերում է ցանկացած մարմնի (կամ մարմինների համակարգի), որը սիմետրիկ չէ պտտման առանցքի նկատմամբ (այդպիսի դեպքերում ասում են, որ մարմինն ունի քառաբևեռ մոմենտ)։ Զանգվածային համակարգը, որի քառաբևեռ մոմենտը փոփոխվում է ժամանակի հետ, միշտ ճառագայթում է գրավիտացիոն ալիքներ:

Գրավիտացիոն ալիքների հիմնական հատկությունները

Աստղաֆիզիկոսները ենթադրում են, որ գրավիտացիոն ալիքների ճառագայթումն է, որը խլում է էներգիան, որը սահմանափակում է զանգվածային պուլսարի պտտման արագությունը, երբ այն կլանում է հարևան աստղի նյութը:

Տիեզերքի ձգողականության փարոսներ

Երկրային աղբյուրների գրավիտացիոն ճառագայթումը չափազանց թույլ է։ 10,000 տոննա կշռող պողպատե սյունը, որը կախված է կենտրոնից հորիզոնական հարթությունում և չի պտտվում ուղղահայաց առանցքի շուրջ մինչև 600 պտույտ/րոպե, ճառագայթում է մոտավորապես 10-24 վտ հզորություն: Հետևաբար, գրավիտացիոն ալիքները հայտնաբերելու միակ հույսը գրավիտացիոն ճառագայթման տիեզերական աղբյուր գտնելն է։

Այս առումով մոտ երկուական աստղերը շատ խոստումնալից են: Պատճառը պարզ է՝ նման համակարգի գրավիտացիոն ճառագայթման ուժը հակադարձ համեմատությամբ աճում է նրա տրամագծի հինգերորդ հզորությանը։ Նույնիսկ ավելի լավ է, եթե աստղերի հետագծերը խիստ երկարաձգվեն, քանի որ դա մեծացնում է քառաբևեռ պահի փոփոխության արագությունը: Բավական լավ է, եթե երկուական համակարգը բաղկացած է նեյտրոնային աստղերից կամ սև անցքերից։ Նման համակարգերը նման են գրավիտացիոն փարոսների տիեզերքում. դրանց ճառագայթումը պարբերական է:

Տիեզերքում կան նաև «իմպուլսային» աղբյուրներ, որոնք առաջացնում են կարճ, բայց չափազանց հզոր գրավիտացիոն պայթյուններ։ Դա տեղի է ունենում, երբ հսկայական աստղը փլուզվում է գերնոր աստղի պայթյունից առաջ: Սակայն աստղի դեֆորմացիան պետք է լինի ասիմետրիկ, հակառակ դեպքում ճառագայթումը չի առաջանա։ Փլուզման ժամանակ գրավիտացիոն ալիքները կարող են իրենց հետ տանել աստղի ընդհանուր էներգիայի մինչև 10%-ը: Գրավիտացիոն ճառագայթման հզորությունը այս դեպքում մոտ 10 50 Վտ է։ Նեյտրոնային աստղերի միաձուլման ժամանակ էլ ավելի շատ էներգիա է արտազատվում, այստեղ գագաթնակետային հզորությունը հասնում է 10 52 Վտ: Ճառագայթման հիանալի աղբյուր է սև խոռոչների բախումը. դրանց զանգվածը կարող է միլիարդավոր անգամ գերազանցել նեյտրոնային աստղերի զանգվածը:

Գրավիտացիոն ալիքների մեկ այլ աղբյուր տիեզերական գնաճն է: Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո Տիեզերքը սկսեց չափազանց արագ ընդարձակվել, և 10-34 վայրկյանից պակաս ժամանակում նրա տրամագիծը 10-33 սմ-ից հասավ մակրոսկոպիկ չափի: Այս գործընթացը անչափ ուժեղացրեց գրավիտացիոն ալիքները, որոնք գոյություն ունեին մինչ դրա սկիզբը, և նրանց ժառանգները գոյատևել են մինչ օրս:

Անուղղակի հաստատում

Գրավիտացիոն ալիքների գոյության առաջին ապացույցները գալիս են ամերիկացի ռադիոաստղագետ Ջոզեֆ Թեյլորի և նրա աշակերտ Ռասել Հուլսի աշխատանքից։ 1974 թվականին նրանք հայտնաբերեցին մի զույգ նեյտրոնային աստղեր, որոնք պտտվում են ուղեծրով (ռադիոճառագայթող պուլսար՝ լուռ ուղեկիցով)։ Պուլսարը պտտվում էր իր առանցքի շուրջ կայուն անկյունային արագությամբ (ինչը միշտ չէ) և այդ պատճառով ծառայում էր որպես չափազանց ճշգրիտ ժամացույց։ Այս հատկանիշը հնարավորություն տվեց չափել երկու աստղերի զանգվածը և որոշել նրանց ուղեծրային շարժման բնույթը։ Պարզվեց, որ այս երկուական համակարգի հեղափոխության շրջանը (մոտ 3 ժ 45 րոպե) տարեկան կրճատվում է 70 մկվ-ով։ Այս արժեքը լավ համընկնում է հարաբերականության ընդհանուր տեսության հավասարումների լուծումների հետ, որոնք նկարագրում են աստղային զույգի էներգիայի կորուստը գրավիտացիոն ճառագայթման պատճառով (սակայն, այս աստղերի բախումը շուտով չի լինի՝ 300 միլիոն տարի հետո)։ 1993 թվականին այս հայտնագործության համար Թեյլորն ու Հուլսին արժանացան Նոբելյան մրցանակի։

Գրավիտացիոն ալիքների ալեհավաքներ

Ինչպե՞ս հայտնաբերել գրավիտացիոն ալիքները փորձարարական եղանակով: Վեբերը որպես դետեկտոր օգտագործել է մետր երկարությամբ ալյումինե բալոններ՝ ծայրերում պիեզո սենսորներով: Նրանք մեկուսացված էին արտաքին մեխանիկական ազդեցություններից առավելագույն խնամքով վակուումային խցիկում: Վեբերը տեղադրեց այս բալոններից երկուսը Մերիլենդի համալսարանի գոլֆի դաշտի տակ գտնվող բունկերում, իսկ մեկը՝ Արգոնի ազգային լաբորատորիայում:

Փորձի գաղափարը պարզ է. Գրավիտացիոն ալիքների ազդեցության տակ գտնվող տարածությունը սեղմվում և ձգվում է: Դրա շնորհիվ մխոցը թրթռում է երկայնական ուղղությամբ՝ հանդես գալով որպես գրավիտացիոն ալիքի ալեհավաք, իսկ պիեզոէլեկտրական բյուրեղները թրթռումները վերածում են էլեկտրական ազդանշանների։ Տիեզերական գրավիտացիոն ալիքների ցանկացած անցում գործնականում միաժամանակ ազդում է հազար կիլոմետրով բաժանված դետեկտորների վրա, ինչը հնարավորություն է տալիս զտել գրավիտացիոն ազդակները տարբեր տեսակի աղմուկից:

Weber սենսորները կարողացել են հայտնաբերել մխոցի ծայրերի տեղաշարժերը, որոնք հավասար են դրա երկարության միայն 10-15-ին, այս դեպքում՝ 10-13 սմ-ին: Ֆիզիկական վերանայման նամակներ. Այս արդյունքները կրկնելու բոլոր փորձերն ապարդյուն են եղել: Վեբերի տվյալները նույնպես հակասում են տեսությանը, որը գործնականում թույլ չի տալիս ակնկալել 10-18-ից բարձր հարաբերական տեղաշարժեր (իսկ 10-20-ից պակաս արժեքները շատ ավելի հավանական են): Հնարավոր է, որ Վեբերը սխալվել է արդյունքների վիճակագրական մշակման հարցում։ Գրավիտացիոն ճառագայթումը փորձնականորեն հայտնաբերելու առաջին փորձն ավարտվեց անհաջողությամբ։

Հետագայում գրավիտացիոն ալիքների ալեհավաքները զգալիորեն բարելավվել են։ 1967 թվականին ամերիկացի ֆիզիկոս Բիլ Ֆեյրբենքն առաջարկեց դրանք սառեցնել հեղուկ հելիումի մեջ։ Սա ոչ միայն հնարավորություն տվեց ձերբազատվել ջերմային աղմուկի մեծ մասից, այլև բացեց SQUID-ների (գերհաղորդչային քվանտային ինտերֆերոմետրերի)՝ առավել ճշգրիտ գերզգայուն մագնիսաչափերի օգտագործման հնարավորությունը: Այս գաղափարի իրականացումը հղի էր բազմաթիվ տեխնիկական դժվարություններով, և ինքը՝ Fairbank-ը, չապրեց դրան։ 1980-ականների սկզբին Սթենֆորդի համալսարանի ֆիզիկոսները կառուցել էին 10-18 զգայունությամբ ապարատ, սակայն ալիքներ չգրանցվեցին: Այժմ մի շարք երկրներում կան ծայրահեղ կրիոգեն թրթռումային գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորներ, որոնք գործում են բացարձակ զրոյից ընդամենը տասներորդ և հարյուրերորդ աստիճանի բարձր ջերմաստիճաններում: Այդպիսին է, օրինակ, Պադուայում գտնվող AURIGA գործարանը։ Նրա համար ալեհավաքը երեք մետրանոց գլան է՝ պատրաստված ալյումին-մագնեզիումի համաձուլվածքից, որի տրամագիծը 60 սմ է, քաշը՝ 2,3 տոննա, կախված է մինչև 0,1 Կ սառեցված վակուումային խցիկում։ Նրա թրթռումները (հաճախականությամբ՝ մոտ 1000 Հց) փոխանցվում են 1 կգ զանգվածով օժանդակ ռեզոնատորին, որը տատանվում է նույն հաճախականությամբ, բայց շատ ավելի մեծ ամպլիտուդով։ Այս թրթռումները գրանցվում են չափիչ սարքավորումների միջոցով և վերլուծվում համակարգչի միջոցով: AURIGA համալիրի զգայունությունը մոտ 10 -20 -10 -21 է:

Ինտերֆերոմետրեր

Ձգողականության ալիքները հայտնաբերելու մեկ այլ միջոց հիմնված է զանգվածային ռեզոնատորների մերժման վրա՝ հօգուտ լույսի ճառագայթների: Առաջին անգամ այն ​​առաջարկվել է 1962 թվականին խորհրդային ֆիզիկոսներ Միխայիլ Գերցենշտեյնի և Վլադիսլավ Պուստովոյտի կողմից, իսկ երկու տարի անց՝ Վեբերի կողմից։ 1970-ականների սկզբին կորպորացիայի գիտահետազոտական ​​լաբորատորիայի աշխատակից Hughes ինքնաթիռՌոբերտ Ֆորվորդը (նախկինում Վեբերի ասպիրանտ, հետագայում շատ հայտնի գիտաֆանտաստիկ գրող) կառուցեց առաջին նման դետեկտորը բավականին պատշաճ զգայունությամբ։ Միաժամանակ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (MIT) պրոֆեսոր Ռայներ Վայսը շատ խորը տեսական վերլուծություն է կատարել օպտիկական մեթոդների կիրառմամբ գրավիտացիոն ալիքների գրանցման հնարավորությունների վերաբերյալ։

Այս մեթոդները ներառում են սարքի անալոգների օգտագործումը, որով 125 տարի առաջ ֆիզիկոս Ալբերտ Միխելսոնն ապացուցեց, որ լույսի արագությունը բոլոր ուղղություններով խիստ նույնն է։ Այս կարգավորմամբ, Michelson-ի ինտերֆերոմետրը, լույսի ճառագայթը հարվածում է կիսաթափանցիկ թիթեղին և բաժանվում է երկու փոխադարձ ուղղահայաց ճառագայթների, որոնք արտացոլվում են ափսեից նույն հեռավորության վրա գտնվող հայելիներից: Այնուհետև ճառագայթները նորից միաձուլվում են և ընկնում էկրանին, որտեղ հայտնվում է միջամտության օրինակ (բաց և մուգ գծեր և գծեր): Եթե ​​լույսի արագությունը կախված է իր ուղղությունից, ապա երբ դուք շրջում եք ամբողջ տեղադրումը, այս նկարը պետք է փոխվի, եթե ոչ, այն պետք է մնա նախկինի նման։

Նմանատիպ ձևով է աշխատում նաև գրավիտացիոն ալիքների ինտերֆերենցիան: Հաղորդվող ալիքը աղավաղում է տարածությունը և փոխում է ինտերֆերոմետրի յուրաքանչյուր թևի երկարությունը (ուղին, որով լույսը անցնում է բաժանարարից մինչև հայելի), մի թեւը ձգելով և մյուսը սեղմելով։ Միջամտության օրինաչափությունը փոխվում է, և դա կարելի է գրանցել: Բայց դա հեշտ չէ. եթե ինտերֆերոմետրի թեւերի երկարության ակնկալվող հարաբերական փոփոխությունը 10 -20 է, ապա սարքի աշխատասեղանի չափսերով (ինչպես Մայքելսոնի) այն վերածվում է տատանումների՝ 10 -18 սմ կարգի ամպլիտուդով։ Համեմատության համար՝ տեսանելի լույսի ալիքները 10 տրիլիոն անգամ ավելի երկար են: Դուք կարող եք ուսերի երկարությունը հասցնել մի քանի կիլոմետրի, բայց խնդիրները դեռ կմնան։ Լազերային լույսի աղբյուրը պետք է լինի հզոր և կայուն հաճախականությամբ, հայելիները պետք է լինեն կատարելապես հարթ և կատարյալ արտացոլող, խողովակների վակուումը, որոնց միջոցով լույսը տարածվում է, պետք է հնարավորինս խորը լինի, ամբողջ համակարգի մեխանիկական կայունացումը պետք է լինի իսկապես: կատարյալ։ Մի խոսքով, գրավիտացիոն ալիքների միջամտության դետեկտորը թանկարժեք և ծավալուն սարք է։

Այսօր այս տեսակի ամենամեծ տեղադրումը ամերիկյան LIGO համալիրն է: (Լուսային ինտերֆերոմետր գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարան): Այն բաղկացած է երկու աստղադիտարաններից, որոնցից մեկը գտնվում է ԱՄՆ-ի խաղաղօվկիանոսյան ափին, իսկ մյուսը գտնվում է ոչ հեռու։ Մեքսիկական ծոց. Չափումները կատարվում են երեք ինտերֆերոմետրերի միջոցով (երկուսը Վաշինգտոն նահանգում, մեկը՝ Լուիզիանայում)՝ 4 կմ երկարությամբ թեւերով։ Սարքը հագեցած է հայելային լույսի կուտակիչներով, որոնք մեծացնում են դրա զգայունությունը: «2005 թվականի նոյեմբերից մեր երեք ինտերֆերոմետրերն էլ նորմալ են աշխատում», - Popular Mechanics-ին ասաց Սիրակուզայի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Պիտեր Սոլսոնը LIGO համալիրից: - Մենք անընդհատ տվյալներ ենք փոխանակում այլ աստղադիտարանների հետ՝ փորձելով հայտնաբերել տասնյակ և հարյուրավոր հերց հաճախականությամբ գրավիտացիոն ալիքները, որոնք առաջացել են գերնոր աստղերի ամենահզոր պայթյունների և նեյտրոնային աստղերի և սև խոռոչների միաձուլման ժամանակ: Այժմ գործում է գերմանական GEO 600 ինտերֆերոմետրը (թեւի երկարությունը՝ 600 մ), որը գտնվում է Հանովերից 25 կմ հեռավորության վրա։ Ներկայումս արդիականացվում է 300 մետրանոց ճապոնական TAMA գործիքը։ Պիզայի մոտ երեք կիլոմետրանոց Virgo դետեկտորը կմիանա ջանքերին 2007 թվականի սկզբին, և 50 Հց-ից ցածր հաճախականությունների դեպքում այն ​​կկարողանա գերազանցել LIGO-ին: Ուլտրա-կրիոգեն ռեզոնատորներով կայանքները գործում են աճող արդյունավետությամբ, թեև դրանց զգայունությունը դեռ փոքր-ինչ ավելի քիչ է, քան մերը:

հեռանկարները

Ի՞նչ է սպասվում մոտ ապագայում գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման մեթոդներին: Այս մասին Popular Mechanics-ին ասել է պրոֆեսոր Ռայներ Վայսը. «Մի քանի տարի անց LIGO համալիրի աստղադիտարաններում կտեղադրվեն ավելի հզոր լազերներ և ավելի առաջադեմ դետեկտորներ, ինչը կհանգեցնի զգայունության 15 անգամ աճի: Այժմ այն ​​10 -21 է (100 Հց կարգի հաճախականություններով), իսկ արդիականացումից հետո կգերազանցի 10 -22-ը։ Արդիականացված՝ Advanced LIGO համալիրը տիեզերք ներթափանցման խորությունը կավելացնի 15 անգամ։ Այս նախագծին ակտիվորեն մասնակցում է Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի պրոֆեսոր Վլադիմիր Բրագինսկին, որը գրավիտացիոն ալիքների ուսումնասիրության առաջամարտիկներից է։

LISA տիեզերական ինտերֆերոմետրի գործարկումը նախատեսվում է հաջորդ տասնամյակի կեսերին ( Լազերային ինտերֆերոմետր տիեզերական ալեհավաք) 5 միլիոն կիլոմետր ուսի երկարությամբ ՆԱՍԱ-ի և Եվրոպական տիեզերական գործակալության համատեղ նախագիծն է։ Այս աստղադիտարանի զգայունությունը հարյուրավոր անգամ ավելի բարձր կլինի, քան ցամաքային գործիքների հնարավորությունները։ Այն հիմնականում նախատեսված է ցածր հաճախականության (10 -4 -10 -1 Հց) գրավիտացիոն ալիքների որոնման համար, որոնք չեն կարող բռնվել Երկրի մակերեսին մթնոլորտային և սեյսմիկ միջամտության պատճառով: Նման ալիքներ արտանետվում են երկուական աստղային համակարգերից՝ Տիեզերքի բավականին բնորոշ բնակիչներից։ LISA-ն նաև կկարողանա հայտնաբերել գրավիտացիոն ալիքները, որոնք առաջանում են, երբ սովորական աստղերը կուլ են տալիս սև խոռոչները: Բայց մասունքային գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման համար, որոնք տեղեկատվություն են կրում նյութի վիճակի մասին Մեծ պայթյունից հետո առաջին պահերին, ամենայն հավանականությամբ, պահանջվում են ավելի առաջադեմ տիեզերական գործիքներ: Նման պարամետր Մեծ պայթյունի դիտորդ, այժմ քննարկվում է, բայց դժվար թե այն ավելի շուտ ստեղծվի ու գործարկվի, քան 30-40 տարի հետո»։

Հիմնական տարբերությունն այն է, որ թեև ձայնին անհրաժեշտ է միջավայր, որի միջոցով կարող է ճանապարհորդել, գրավիտացիոն ալիքները շարժում են միջավայրը, այս դեպքում՝ բուն տարածաժամանակը: «Նրանք բառացիորեն ջախջախում և ձգում են տարածական ժամանակի հյուսվածքը», - ասում է Կալտեխի գրավիտացիոն ալիքների աստղաֆիզիկոս Չիարա Մինգարելլին: Մեր ականջին LIGO-ի կողմից հայտնաբերված ալիքները կհնչեն ինչպես կարկաչ:

Կոնկրետ ինչպե՞ս է տեղի ունենալու այս հեղափոխությունը։ Ներկայումս LIGO-ն ունի երկու դետեկտոր, որոնք գիտնականների համար «ականջ» են գործում, և ապագայում ավելի շատ դետեկտորներ կլինեն: Եվ եթե LIGO-ն առաջինն է հայտնաբերել, ապա այն, իհարկե, միակը չի լինի: Կան բազմաթիվ տեսակի գրավիտացիոն ալիքներ: Իրականում դրանց մի ամբողջ սպեկտր կա, ինչպես էլեկտրամագնիսական սպեկտրում կան լույսի տարբեր տեսակներ՝ տարբեր ալիքների երկարությամբ։ Հետևաբար, այլ համագործակցություններ կսկսեն փնտրել այնպիսի հաճախականությամբ ալիքներ, որոնց համար նախատեսված չէ LIGO-ն:

Mingarelli-ն աշխատում է NanoGRAV-ի (Հյուսիսային Ամերիկայի Նանոհերցի գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարանի) համագործակցության հետ, որը խոշոր միջազգային կոնսորցիումի մի մասն է, որը ներառում է Եվրոպական Pulsar Timing Array-ը և Parkes Pulsar Timing Array-ը Ավստրալիայում: Ինչպես անունն է հուշում, NanoGRAV-ի գիտնականները որսում են ցածր հաճախականության գրավիտացիոն ալիքներ 1-ից 10 նանոհերց ռեժիմով; LIGO-ի զգայունությունը գտնվում է սպեկտրի կիլոհերց (լսելի) մասում՝ փնտրելով շատ երկար ալիքների երկարություններ:


Այս համագործակցությունը հիմնված է պուլսարի տվյալների վրա, որոնք հավաքագրվել են Պուերտո Ռիկոյի Արեսիբո աստղադիտարանի և Արևմտյան Վիրջինիայի Green Bank աստղադիտակի կողմից: Պուլսարները արագ պտտվող նեյտրոնային աստղեր են, որոնք ձևավորվում են, երբ Արեգակից ավելի զանգված ունեցող աստղերը պայթում են և փլուզվում իրենց մեջ: Նրանք պտտվում են ավելի ու ավելի արագ, քանի դեռ սեղմվում են, ինչպես պարանի վերջում գտնվող կշիռը ավելի արագ է պտտվում, որքան կարճանում է պարանը:

Նրանք նաև ճառագայթման հզոր պայթյուններ են արձակում, երբ պտտվում են, ինչպես փարոսը, որոնք գրանցվում են որպես լույսի իմպուլսներ Երկրի վրա: Եվ այս պարբերական պտույտը չափազանց ճշգրիտ է` գրեթե նույնքան ճշգրիտ, որքան ատոմային ժամացույցը: Դա նրանց դարձնում է տիեզերական գրավիտացիոն ալիքների իդեալական դետեկտորներ: Առաջին անուղղակի ապացույցը ստացվել է 1974 թվականին պուլսարների ուսումնասիրությունից, երբ Ջոզեֆ Թեյլոր կրտսերը և Ռասել Հուլսը հայտնաբերեցին, որ նեյտրոնային աստղի շուրջ պտտվող պուլսարը ժամանակի ընթացքում դանդաղորեն փոքրանում է. գրավիտացիոն ալիքների ձևը.

NanoGRAV-ի դեպքում ծխացող ատրճանակը կունենա մի տեսակ թարթում։ Իմպուլսները պետք է գան միևնույն ժամանակ, բայց եթե գրավիտացիոն ալիքը դիպչի նրանց, ապա դրանք կժամանեն մի փոքր ավելի վաղ կամ ուշ, քանի որ տարածություն-ժամանակը կծկվում կամ ձգվում է, երբ ալիքն անցնում է:

Պուլսարի ժամանակային ցանցերի զանգվածները հատկապես զգայուն են գրավիտացիոն ալիքների նկատմամբ, որոնք առաջանում են մեր Արեգակից միլիարդ կամ տասը միլիարդ անգամ մեծ զանգվածով գերզանգվածային սև խոռոչների միաձուլման արդյունքում, ինչպես նրանք, որոնք թաքնված են ամենազանգվածային գալակտիկաների կենտրոնում: Եթե ​​երկու նման գալակտիկաներ միաձուլվեն, ապա դրանց կենտրոնների անցքերը նույնպես կմիավորվեն և գրավիտացիոն ալիքներ կարձակեն։ «LIGO-ն տեսնում է միաձուլման վերջը, երբ զույգերը շատ մոտ են», - ասում է Մինգարելլին: «SDM-ի օգնությամբ մենք կարող էինք տեսնել նրանց պարուրաձև փուլի սկզբում, երբ նրանք նոր են մտնում միմյանց ուղեծիր»:

Եվ կա ավելին տիեզերական առաքելություն LISA (Լազերային ինտերֆերոմետր տիեզերական ալեհավաք): Երկրի վրա հիմնված LIGO-ն հիանալի է հայտնաբերում գրավիտացիոն ալիքները, որոնք համարժեք են լսելի ձայնի սպեկտրի մի մասի, ինչպես այն, ինչ ստեղծել են մեր միաձուլված սև խոռոչները: Բայց այս ալիքների շատ հետաքրքիր աղբյուրներ արտադրում են ցածր հաճախականություններ: Այսպիսով, ֆիզիկոսները պետք է գնան տիեզերք նրանց գտնելու համար: Ներկայիս LISA Pathfinder () առաքելության հիմնական խնդիրն է ստուգել դետեկտորի աշխատանքը: «LIGO-ի միջոցով դուք կարող եք կանգնեցնել գործիքը, բացել վակուումը և շտկել ամեն ինչ», - ասում է MIT-ի մասնագետ Սքոթ Հյուզը: Բայց տիեզերքում ոչինչ չես կարող բացել։ Դուք պետք է դա անեք անմիջապես, որպեսզի այն աշխատի»:

LISA-ի նպատակը պարզ է՝ օգտագործելով լազերային ինտերֆերոմետրեր, տիեզերանավկփորձի ճշգրիտ չափել 1,8 դյույմ ոսկի-պլատինե երկու խորանարդի հարաբերական դիրքը ազատ անկման ժամանակ: Տեղակայված առանձին էլեկտրոդների տուփերում, միմյանցից 15 դյույմ հեռավորության վրա, փորձարկման առարկաները պաշտպանված կլինեն արևային քամուց և արտաքին այլ ուժերից, այնպես որ հնարավոր կլինի հայտնաբերել գրավիտացիոն ալիքների հետևանքով առաջացած փոքրիկ շարժումները (հուսանք):

Վերջապես, կան երկու փորձեր, որոնք նախատեսված են CMB-ում առաջնային գրավիտացիոն ալիքների թողած մատնահետքերի որոնման համար. BICEP2 և Planck արբանյակային առաքելությունը: BICEP2-ը պնդում էր, որ հայտնաբերել է մեկը 2014 թվականին, բայց պարզվեց, որ ազդանշանը կեղծ էր (մեղավորը տիեզերական փոշին էր)։

Երկու համագործակցություններն էլ շարունակում են փնտրել մեր տիեզերքի վաղ պատմության վրա լույս սփռելու հույսով և հուսով ենք հաստատել գնաճային տեսության հիմնական կանխատեսումները: Այս տեսությունը կանխատեսում էր, որ իր ծնունդից կարճ ժամանակ անց տիեզերքը գրանցեց արագ աճ, որը չէր կարող չթողնել հզոր գրավիտացիոն ալիքներ, որոնք մնացին տպագրված ֆոնային ճառագայթման մեջ հատուկ լուսային ալիքների տեսքով (բևեռացում):

Գրավիտացիոն ալիքների չորս ռեժիմներից յուրաքանչյուրը տիեզերքի չորս նոր պատուհան կբացի աստղագետների առաջ:

Բայց մենք գիտենք, թե ինչ եք մտածում. ժամանակն է ակտիվացնել շեղման սկավառակը, տղերք: Արդյո՞ք LIGO-ի հայտնագործությունը կօգնի հաջորդ շաբաթ կառուցել Մահվան աստղը: Իհարկե ոչ. Բայց որքան լավ հասկանանք գրավիտացիան, այնքան ավելի շատ կհասկանանք, թե ինչպես կառուցել այս իրերը: Ի վերջո, սա գիտնականների գործն է, նրանք իրենց հացն այսպես են վաստակում։ Հասկանալով, թե ինչպես է աշխատում տիեզերքը, մենք կարող ենք ավելի շատ ապավինել մեր հնարավորություններին:

Երեկ աշխարհը ցնցեց մի սենսացիա՝ գիտնականները վերջապես հայտնաբերել են գրավիտացիոն ալիքներ, որոնց գոյությունը Էյնշտեյնը կանխատեսել էր հարյուր տարի առաջ։ Սա բեկում է։ Տարածություն-ժամանակի աղավաղումը (սա գրավիտացիոն ալիքներ են, հիմա մենք կբացատրենք, թե ինչ է) հայտնաբերվել է LIGO աստղադիտարանում, և դրա հիմնադիրներից մեկն ասում է. - Քիփ Թորն, գրքի հեղինակ։

Մենք պատմում ենք, թե ինչու է գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումն այդքան կարևոր, ինչ է ասել Մարկ Ցուկերբերգը և, իհարկե, կիսվում ենք առաջին դեմքից։ Քիփ Թորնը, ինչպես ոչ ոք, գիտի, թե ինչպես է աշխատում նախագիծը, ինչն է դարձնում այն ​​անսովոր և ինչ նշանակություն ունի LIGO-ն մարդկության համար: Այո, այո, ամեն ինչ այնքան լուրջ է։

Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերում

Գիտական ​​աշխարհը հավերժ կհիշի 2016թ.-ի փետրվարի 11-ը։Այս օրը LIGO նախագծի մասնակիցները հայտարարեցին՝ այսքան ապարդյուն փորձերից հետո գրավիտացիոն ալիքներ են հայտնաբերվել։ Սա իրականություն է։ Իրականում դրանք հայտնաբերվել են մի փոքր ավելի վաղ՝ 2015 թվականի սեպտեմբերին, սակայն երեկ բացահայտումը պաշտոնապես ճանաչվեց։ The Guardian-ը կարծում է, որ գիտնականները անպայման կստանան Նոբելյան մրցանակֆիզիկայում։

Գրավիտացիոն ալիքների պատճառը երկու սև խոռոչների բախումն է, որը տեղի է ունեցել Երկրից արդեն ... միլիարդ լուսային տարի հեռավորության վրա: Պատկերացրեք, թե որքան մեծ է մեր տիեզերքը։ Քանի որ սև խոռոչները շատ զանգվածային մարմիններ են, դրանք ծածանվում են տարածության մեջ՝ մի փոքր աղավաղելով այն: Այսպիսով, հայտնվում են ալիքներ, որոնք նման են ալիքներին, որոնք տարածվում են ջուրը նետված քարից:

Ահա թե ինչպես կարելի է պատկերացնել գրավիտացիոն ալիքները, որոնք գալիս են Երկիր, օրինակ, որդնածորից։ Գծված «Միջաստեղային. Գիտությունը կուլիսներում»

Ստացված թրթռումները վերածվել են ձայնի։ Հետաքրքիր է, որ գրավիտացիոն ալիքների ազդանշանը գալիս է մոտավորապես նույն հաճախականությամբ, ինչ մեր խոսքը: Այսպիսով, մենք կարող ենք լսել մեր ականջներով, թե ինչպես են սև խոռոչները բախվում: Լսեք, թե ինչպես են հնչում գրավիտացիոն ալիքները:

Իսկ գիտե՞ք ինչ. Բոլորովին վերջերս է, որ սև խոռոչները դասավորված են այլ կերպ, քան նախկինում կարծում էին: Բայց, ի վերջո, ընդհանրապես ոչ մի ապացույց չկար, որ դրանք սկզբունքորեն գոյություն ունեին։ Իսկ հիմա կա. Սև խոռոչներն իսկապես «ապրում են» Տիեզերքում։

Այսպիսով, ըստ գիտնականների, աղետը նման է սև անցքերի միաձուլմանը, -:

Փետրվարի 11-ին տեղի ունեցավ վիթխարի գիտաժողով, որը համախմբեց հազարից ավելի գիտնականների 15 երկրներից։ Ներկա էին նաև ռուս գիտնականներ։ Եվ, իհարկե, ոչ առանց Քիփ Թորնի։ «Այս հայտնագործությունը մարդկանց համար զարմանալի, հոյակապ որոնումների սկիզբն է՝ Տիեզերքի կոր կողմի որոնում և ուսումնասիրություն՝ աղավաղված տարածություն-ժամանակից ստեղծված առարկաներ և երևույթներ: Սև խոռոչների և գրավիտացիոն ալիքների բախումը մեր առաջին ուշագրավ նմուշներն են»,- ասել է Քիփ Թորնը։

Գրավիտացիոն ալիքների որոնումը եղել է ֆիզիկայի հիմնական խնդիրներից մեկը։ Այժմ դրանք հայտնաբերվել են։ Եվ Էյնշտեյնի հանճարը կրկին հաստատվում է.

Հոկտեմբերին մենք հարցազրույց ունեցանք ռուս աստղաֆիզիկոս, գիտության հայտնի հանրահռչակ Սերգեյ Պոպովի հետ։ Նա նայեց ջրի մեջ։ Աշուն. «Ինձ թվում է, որ այժմ մենք նոր բացահայտումների շեմին ենք, ինչը հիմնականում պայմանավորված է LIGO և VIRGO գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորների աշխատանքով (Քիփ Թորնը հենց նոր մեծ ներդրում ունեցավ LIGO նախագծի ստեղծման գործում): » Զարմանալի է, չէ՞:

Գրավիտացիոն ալիքներ, ալիքային դետեկտորներ և LIGO

Դե, հիմա որոշ ֆիզիկայի համար: Նրանց համար, ովքեր իսկապես ցանկանում են հասկանալ, թե ինչ են գրավիտացիոն ալիքները: Ահա երկու սև խոռոչների տենդեքս գծերի գեղարվեստական ​​պատկերը, որոնք պտտվում են միմյանց շուրջ՝ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ և հետո բախվում: Tendex գծերը առաջացնում են մակընթացային ձգողականություն: Շարունակիր. Գծերը, որոնք բխում են երկու ամենահեռավոր կետերից զույգ սև անցքերի մակերեսի վրա, ձգում են ամեն ինչ իրենց ճանապարհին, ներառյալ նկարչի ընկերոջը, ով մտել է նկարի մեջ: Բախման վայրից դուրս եկող գծերը սեղմում են ամեն ինչ։

Երբ անցքերը պտտվում են մեկը մյուսի շուրջ, նրանք հետևում են իրենց տենդեքսի գծերին, որոնք նման են պտտվող մարգագետինների ցողիչի ջրի շիթերին: Պատկերված է Interstellar գրքից: Կուլիսների հետևում գտնվող գիտությունը զույգ սև խոռոչներ է, որոնք բախվում են՝ մեկը մյուսի շուրջը ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ պտտվելով և նրանց տենդեքսի գծերը:

Սև անցքերը միավորվում են մեկ մեծ անցքի մեջ. այն դեֆորմացված է և պտտվում է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ՝ իր հետ քաշելով տենդեքսի գծերը։ Անշարժ դիտորդը անցքից հեռու կզգա թրթռումներ, երբ տենդեքսի գծերն անցնում են դրա միջով. ձգվում է, հետո սեղմվում, հետո ձգվում. տենդեքսի գծերը դառնում են գրավիտացիոն ալիք: Ալիքների տարածման ժամանակ սեւ խոռոչի դեֆորմացիան աստիճանաբար նվազում է, ալիքները նույնպես թուլանում են։

Երբ այս ալիքները հասնում են Երկիր, նրանք ունենում են ստորև նկարի վերևում ներկայացված ձևը: Ձգվում են մի ուղղությամբ, սեղմվում մյուս ուղղությամբ։ Ձգումները և սեղմումները տատանվում են (կարմիրից աջ-ձախ, կապույտից աջ-ձախ, կարմիրից աջ-ձախ և այլն), երբ ալիքներն անցնում են նկարի ներքևի դետեկտորով:

Գրավիտացիոն ալիքներ, որոնք անցնում են LIGO դետեկտորով:

Դետեկտորը բաղկացած է չորս մեծ հայելիներից (40 կիլոգրամ, 34 սանտիմետր տրամագծով), որոնք ամրացված են երկու ուղղահայաց խողովակների ծայրերին, որոնք կոչվում են դետեկտորի թեւեր: Գրավիտացիոն ալիքների տենդեքս գծերը ձգվում են մեկ ուսին, իսկ երկրորդը սեղմելով, իսկ հետո, ընդհակառակը, սեղմում են առաջինը և ձգում երկրորդը։ Եվ այսպես նորից ու նորից։ Պարբերաբար փոխելով ձեռքերի երկարությունը՝ հայելիները շարժվում են միմյանց համեմատ, և այդ տեղաշարժերը հետևվում են լազերային ճառագայթների միջոցով՝ ինտերֆերոմետրիա կոչվող եղանակով: Այստեղից էլ առաջացել է LIGO անվանումը՝ լազերային ինտերֆերոմետրիկ գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարան։

LIGO կառավարման կենտրոնը, որտեղից հրամաններ են ուղարկում դետեկտորին և վերահսկում ստացված ազդանշանները։ LIGO-ի գրավիտացիոն դետեկտորները գտնվում են Հենֆորդում, Վաշինգտոնում և Լիվինգսթոնում, Լուիզիանա: Լուսանկարը «Միջաստեղային. Գիտությունը կուլիսներում»

Այժմ LIGO-ն միջազգային նախագիծ է, որը ներառում է 900 գիտնական տարբեր երկրներից, որի կենտրոնակայանը գտնվում է Կալիֆորնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտում:

Տիեզերքի ոլորված կողմը

Սև խոռոչները, որդանցքները, եզակիությունները, գրավիտացիոն անոմալիաները և ավելի բարձր կարգի չափերը կապված են տարածության և ժամանակի կորության հետ: Ահա թե ինչու Քիփ Թորնը նրանց անվանում է «տիեզերքի կոր կողմ»: Մարդկությունը դեռևս շատ քիչ փորձարարական և դիտողական տվյալներ ունի տիեզերքի կոր կողմից: Ահա թե ինչու մենք այդքան մեծ ուշադրություն ենք դարձնում գրավիտացիոն ալիքներին. դրանք կազմված են կոր տարածությունից և մեզ համար ամենահասանելի միջոցն են՝ ուսումնասիրելու կոր կողմը:

Պատկերացրեք, որ դուք պետք է տեսնեիք օվկիանոսը միայն այն ժամանակ, երբ հանգիստ է: Դուք չեք իմանա հոսանքների, հորձանուտների և փոթորկի ալիքների մասին: Սա հիշեցնում է տարածության և ժամանակի կորության մասին մեր ներկայիս գիտելիքները:

Մենք գրեթե ոչինչ չգիտենք այն մասին, թե ինչպես են խեղաթյուրված տարածությունը և խեղաթյուրված ժամանակը պահում «փոթորկի ժամանակ», երբ տարածության ձևը կատաղի տատանվում է և երբ տատանվում է ժամանակի հոսքի արագությունը: Սա գիտելիքի անսովոր գրավիչ սահման է: Գիտնական Ջոն Ուիլերը այս փոփոխությունների համար ստեղծեց «երկրաչափական դինամիկա» տերմինը:

Գեոմետրոդինամիկայի ոլորտում առանձնահատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում երկու սև խոռոչների բախումը։

Երկու չպտտվող սև խոռոչների բախում. Մոդել «Միջաստղային. Գիտությունը կուլիսներում»

Վերևի նկարը ցույց է տալիս երկու սև խոռոչների բախման պահը: Հենց նման իրադարձությունը թույլ տվեց գիտնականներին գրանցել գրավիտացիոն ալիքներ: Այս մոդելը կառուցված է չպտտվող սև խոռոչների համար։ Վերև. ուղեծրեր և անցքերի ստվերներ, ինչպես երևում է մեր Տիեզերքից: Միջին. կոր տարածություն և ժամանակ, դիտված ճառագայթից (բարձրաչափ հիպերտարածություն); Սլաքները ցույց են տալիս, թե ինչպես է տարածությունը ներքաշվում շարժման մեջ, իսկ փոփոխվող գույները ցույց են տալիս, թե ինչպես է թեքվում ժամանակը: Ներքև. արտանետվող գրավիտացիոն ալիքների ձևը:

Գրավիտացիոն ալիքներ Մեծ պայթյունից

Խոսք Քիփ Թորնին. «1975 թվականին ռուսաստանցի իմ լավ ընկեր Լեոնիդ Գրիշչուկը սենսացիոն հայտարարություն արեց. Նա ասաց, որ Մեծ պայթյունի պահին առաջացել են բազմաթիվ գրավիտացիոն ալիքներ, և դրանց առաջացման մեխանիզմը (նախկինում անհայտ) հետևյալն է՝ քվանտային տատանումներ. (պատահական տատանումներ - խմբ.)Մեծ պայթյունի գրավիտացիոն դաշտը մեծապես ուժեղացավ Տիեզերքի սկզբնական ընդլայնմամբ և այդպիսով դարձավ սկզբնական գրավիտացիոն ալիքները: Այս ալիքները, եթե դրանք հնարավոր լինի հայտնաբերել, կարող են պատմել մեզ, թե ինչ էր կատարվում մեր տիեզերքի ծննդյան պահին»։

Եթե ​​գիտնականները գտնեն սկզբնական գրավիտացիոն ալիքները, մենք կիմանանք, թե ինչպես է սկսվել տիեզերքը:

Մարդիկ բացել են տիեզերքի բոլոր առեղծվածները: Դեռ առջևում։

Հետագա տարիներին, երբ մեր պատկերացումները բարելավվեցին Մեծ պայթյունի մասին, պարզ դարձավ, որ այս սկզբնական ալիքները պետք է ուժեղ լինեն տեսանելի տիեզերքի չափին համարժեք ալիքի երկարությամբ, այսինքն՝ միլիարդավոր լուսային տարվա երկարությամբ: Պատկերացնու՞մ եք, թե որքան է դա: Եվ LIGO դետեկտորները ծածկող ալիքների երկարություններում (հարյուր հազարավոր կիլոմետրեր), ալիքները, ամենայն հավանականությամբ, չափազանց թույլ կլինեն դրանք ճանաչելու համար:

Ջեյմի Բոքի թիմը կառուցել է BICEP2 ապարատը, որը հայտնաբերել է սկզբնական գրավիտացիոն ալիքների հետքը։ Հյուսիսային բևեռի արհեստը ցուցադրվում է այստեղ մթնշաղի ժամանակ, որն այնտեղ տեղի է ունենում տարին միայն երկու անգամ:

BICEP2 ապարատ. Պատկեր՝ «Միջաստղային. Գիտությունը կուլիսներում»

Այն շրջապատված է վահաններով, որոնք պաշտպանում են նավը շրջապատող սառցե շերտի ճառագայթումից: Վերևի աջ անկյունում մասունքային ճառագայթման մեջ հայտնաբերված հետք կա՝ բևեռացման օրինաչափություն։ Էլեկտրական դաշտի գծերը ուղղված են կարճ լույսի հարվածների երկայնքով:

Տիեզերքի սկզբի արահետ

1990-ականների սկզբին տիեզերաբանները հասկացան, որ միլիարդավոր լուսային տարվա երկարությամբ գրավիտացիոն ալիքները պետք է եզակի հետք թողած լինեն էլեկտրամագնիսական ալիքներՏիեզերքը լցնելը, այսպես կոչված, տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի կամ մասունքային ճառագայթման մեջ: Սա նշանավորեց Սուրբ Գրաալի որոնումների սկիզբը: Ի վերջո, եթե գտնեք այս հետքը և դրանից բխեք սկզբնական գրավիտացիոն ալիքների հատկությունները, կարող եք պարզել, թե ինչպես է ծնվել Տիեզերքը:

2014 թվականի մարտին, երբ Քիփ Թորնը գրում էր այս գիրքը, Ջեյմի Բոքի թիմը՝ Կալթեք տիեզերաբան, ում գրասենյակը գտնվում է Թորնի գրասենյակի կողքին, վերջապես գտավ այս հետքը CMB-ում:

Սա բացարձակապես զարմանալի հայտնագործություն է, բայց կա մեկ վիճելի կետ. Ջեյմիի թիմի հայտնաբերած հետքը չէր կարող առաջանալ գրավիտացիոն ալիքների պատճառով, այլ այլ բան:

Եթե ​​իսկապես հայտնաբերվել է Մեծ պայթյունից գրավիտացիոն ալիքների հետք, ապա տեղի է ունեցել այնպիսի մակարդակի տիեզերաբանական բացահայտում, որը տեղի է ունենում, հավանաբար, կես դարը մեկ անգամ: Այն հնարավորություն է տալիս շոշափել այն իրադարձությունները, որոնք տեղի են ունեցել Տիեզերքի ծնունդից հետո տրիլիոներորդից տրիլիոներորդից:

Այս հայտնագործությունը հաստատում է այն տեսությունները, որ տիեզերքի ընդարձակումն այդ պահին եղել է չափազանց արագ, տիեզերաբանների ժարգոնով՝ գնաճային արագություն։ Եվ ավետում է տիեզերագիտության նոր դարաշրջանի գալուստը:

Գրավիտացիոն ալիքներ և միջաստղային

Երեկ գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերմանը նվիրված կոնֆերանսում Վալերի Միտրոֆանովը՝ գիտնականների մոսկովյան LIGO համագործակցության ղեկավարը, որը ներառում է Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի 8 գիտնական, նշել է, որ Միջաստղային ֆիլմի սյուժեն, թեև ֆանտաստիկ է, բայց այնքան էլ հեռու չէ իրականությունից։ . Եվ ամեն ինչ, քանի որ գիտական ​​խորհրդատուն Քիփ Թորնն էր: Ինքը՝ Թորնը, հույս է հայտնել, որ հավատում է դեպի սև անցք ապագա կառավարվող թռիչքներին։ Թող դրանք չլինեն հենց այնպես, ինչպես մենք կցանկանայինք, բայց այսօր դա շատ ավելի իրական է, քան նախկինում էր։

Հեռու չէ այն օրը, երբ մարդիկ կլքեն մեր գալակտիկայի սահմանները։

Միջոցառումը ցնցել է միլիոնավոր մարդկանց մտքերը։ Տխրահռչակ Մարկ Ցուկերբերգը գրել է. «Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումը ամենամեծ հայտնագործությունն է Հայաստանում ժամանակակից գիտ. Ալբերտ Էյնշտեյնը իմ հերոսներից մեկն է, այդ իսկ պատճառով ես այդքան մոտեցա հայտնագործությանը: Մեկ դար առաջ Հարաբերականության ընդհանուր տեսության (ՀՀ) շրջանակներում նա կանխատեսել էր գրավիտացիոն ալիքների գոյությունը։ Բայց դրանք այնքան փոքր են հայտնաբերման համար, որ եկել է նրանց փնտրելու այնպիսի իրադարձությունների սկզբնաղբյուրներում, ինչպիսիք են Մեծ պայթյունը, աստղերի պայթյունները և սև խոռոչների բախումները: Երբ գիտնականները վերլուծեն ստացված տվյալները, մեր առջև կբացվի տիեզերքի բոլորովին նոր տեսարան։ Եվ, թերևս, սա լույս կսփռի Տիեզերքի ծագման, սև անցքերի ծնունդի և զարգացման վրա: Շատ ոգեշնչող է մտածել, թե որքան կյանքեր և ջանքեր են գործադրվել տիեզերքի այս առեղծվածը բացահայտելու համար: Այս բեկումը հնարավոր դարձավ շնորհիվ փայլուն գիտնականների և ճարտարագետների, տարբեր ազգերի մարդկանց տաղանդի, ինչպես նաև համակարգչային տեխնիկաորոնք ի հայտ են եկել միայն վերջերս։ Շնորհավորում եմ բոլոր ներգրավվածներին: Էյնշտեյնը կհպարտանար ձեզնով»։

Այսպիսին է ելույթը. Եվ սա մի մարդ է, ով պարզապես հետաքրքրված է գիտությամբ։ Կարելի է պատկերացնել, թե զգացմունքների ինչ փոթորիկ է պատել հայտնագործությանը նպաստած գիտնականներին։ Կարծես նոր դարաշրջանի ենք ականատես, ընկերներ։ Զարմանալի է։

P.S. Ձեզ դուր եկավ: Բաժանորդագրվեք մեր տեղեկագրին ամբողջ հորիզոնում: Շաբաթը մեկ անգամ ուսումնական նամակներ ենք ուղարկում և զեղչեր անում MIF գրքերի վրա։

Գրավիտացիոն դաշտում հավասարակշռության մեջ գտնվող հեղուկի ազատ մակերեսը հարթ է: Եթե ​​ինչ-որ արտաքին ազդեցության տակ հեղուկի մակերեսը ինչ-որ տեղ հանվում է իր հավասարակշռության դիրքից, ապա հեղուկում շարժում է տեղի ունենում: Այս շարժումը տարածվելու է հեղուկի ողջ մակերեսով ալիքների տեսքով, որոնք կոչվում են գրավիտացիոն ալիքներ, քանի որ դրանք պայմանավորված են գրավիտացիոն դաշտի ազդեցությամբ: Գրավիտացիոն ալիքները հիմնականում առաջանում են հեղուկի մակերևույթի վրա՝ որքան քիչ են գրավում նրա ներքին շերտերը, այնքան ավելի խորն են գտնվում այդ շերտերը։

Այստեղ մենք կքննարկենք այնպիսի գրավիտացիոն ալիքներ, որոնցում հեղուկ մասնիկների շարժման արագությունը այնքան փոքր է, որ Էյլերի հավասարման տերմինը կարող է անտեսվել՝ համեմատած: Հեշտ է պարզել, թե այս պայմանը ֆիզիկապես ինչ է նշանակում: Ալիքում հեղուկի մասնիկների կողմից տատանումների ժամանակաշրջանի կարգի ժամանակային միջակայքում այս մասնիկները անցնում են ալիքի a ամպլիտուդի կարգի հեռավորություն, հետևաբար դրանց շարժման արագությունը կարգի է. Արագության v-ը նկատելիորեն փոխվում է կարգի ժամանակային ընդմիջումներով և ալիքի տարածման ուղղությամբ (- երկարության ալիքների) ուղղությամբ: Հետևաբար, ժամանակի նկատմամբ արագության ածանցյալը կարգի է, իսկ կոորդինատների նկատմամբ՝ կարգի։ Այսպիսով, պայմանը համարժեք է պահանջին.

այսինքն՝ ալիքի տատանումների ամպլիտուդը պետք է փոքր լինի՝ համեմատած ալիքի երկարության հետ։ § 9-ում մենք տեսանք, որ եթե տերմինը կարելի է անտեսել շարժման հավասարման մեջ, ապա հեղուկ շարժումը պոտենցիալ է: Ենթադրելով, որ հեղուկն անսեղմելի է, հետևաբար մենք կարող ենք օգտագործել (10.6) և (10.7) հավասարումները: (10.7) հավասարման մեջ մենք այժմ կարող ենք անտեսել արագության քառակուսին պարունակող տերմինը. տերմինը դնելով և մտցնելով գրավիտացիոն դաշտ՝ ստանում ենք.

(12,2)

Մենք ընտրում ենք առանցքը, ինչպես միշտ, ուղղահայաց դեպի վեր, իսկ որպես x, y հարթություն՝ ընտրում ենք հեղուկի հավասարակշռված հարթ մակերեսը։

Մենք կնշենք - հեղուկի մակերեսի կետերի կոորդինատը ; x, y կոորդինատների և t ժամանակի ֆունկցիա է։ Հավասարակշռության մեջ, ուստի հեղուկի մակերեսի ուղղահայաց տեղաշարժ կա, երբ այն տատանվում է:

Թող հեղուկի մակերևույթի վրա գործի մշտական ​​ճնշում Այնուհետև մենք ունենք մակերեսի վրա՝ համաձայն (12.2)

Հաստատունը կարելի է վերացնել պոտենցիալը վերասահմանելով (դրան ավելացնելով կոորդինատներից անկախ մեծություն: Այնուհետև հեղուկի մակերեսի վիճակը ձևավորվում է.

Ալիքում տատանման ամպլիտուդի փոքրությունը նշանակում է, որ տեղաշարժը փոքր է։ Հետևաբար, մենք կարող ենք նույն մոտավորությամբ ենթադրել, որ մակերևույթի կետերի շարժման արագության ուղղահայաց բաղադրիչը համընկնում է տեղաշարժի Ho-ի ժամանակային ածանցյալի հետ, այնպես որ ունենք.

Տատանումների փոքրության պատճառով այս վիճակում մենք կարող ենք ածանցյալների արժեքները վերցնել ի փոխարեն: Այսպիսով, մենք վերջապես ստանում ենք. հաջորդ համակարգըհավասարումներ, որոնք որոշում են շարժումը գրավիտացիոն ալիքում.

Մենք կդիտարկենք հեղուկի մակերևույթի ալիքները՝ ենթադրելով, որ այս մակերեսն անսահմանափակ է: Մենք նաև կենթադրենք, որ ալիքի երկարությունը փոքր է հեղուկի խորության համեմատ. ապա կարելի է հեղուկը համարել անսահման խորը։ Հետեւաբար, մենք չենք գրում սահմանային պայմաններ կողային սահմանների վրա եւ հեղուկի ներքեւի մասում:

Դիտարկենք գրավիտացիոն ալիքը, որը տարածվում է առանցքի երկայնքով և միատեսակ առանցքի երկայնքով: Նման ալիքում բոլոր մեծությունները կախված չեն y կոորդինատից: Մենք կփնտրենք լուծում, որը ժամանակի պարզ պարբերական ֆունկցիա է և x կոորդինատը՝

որտեղ (-ը ցիկլային հաճախականությունն է (մենք կխոսենք դրա մասին պարզապես որպես հաճախականություն), k-ն ալիքի ալիքի վեկտորն է, ալիքի երկարությունն է: Այս արտահայտությունը փոխարինելով հավասարման մեջ՝ մենք ստանում ենք ֆունկցիայի հավասարումը:

Դրա լուծույթը քայքայվում է հեղուկի խորության մեջ (այսինքն՝ ժամը):

Մենք նաև պետք է բավարարենք սահմանային պայմանը (12.5), փոխարինելով (12.5) դրան՝ մենք գտնում ենք կապը հաճախականության b ալիքի վեկտորի (կամ, ինչպես ասում են, ալիքների ցրման օրենքի) միջև.

Հեղուկի մեջ արագությունների բաշխումը ստացվում է կոորդինատների նկատմամբ ներուժը տարբերակելով.

Մենք տեսնում ենք, որ արագությունը երկրաչափականորեն նվազում է հեղուկի խորքի ուղղությամբ: Տիեզերքի յուրաքանչյուր տվյալ կետում (այսինքն՝ տրված x, z-ի դեպքում) արագության վեկտորը հավասարաչափ պտտվում է x հարթությունում՝ մնալով անփոփոխ մեծությամբ։

Եկեք որոշենք նաև հեղուկ մասնիկների հետագիծը ալիքում: Ժամանակավորապես x, z-ով նշանակենք շարժվող հեղուկ մասնիկի կոորդինատները (և ոչ թե տարածության մեջ հաստատուն կետի կոորդինատները), իսկ միջոցով՝ x-ի արժեքը՝ մասնիկի հավասարակշռության դիրքի համար։ Այնուհետև (12.8)-ի աջ կողմում կարելի է մոտավորապես գրել a-ի փոխարեն, օգտագործելով տատանումների փոքրությունը: Ժամանակի ընթացքում ինտեգրումը տալիս է.

Այսպիսով, հեղուկի մասնիկները նկարագրում են օղակները կետերի շուրջ, որոնց շառավիղը էքսպոնենցիալ նվազում է հեղուկի խորության ուղղությամբ ուղղությամբ:

Ալիքի տարածման U արագությունը հավասար է, ինչպես ցույց կտա § 67-ում: Փոխարինելով այստեղ՝ մենք գտնում ենք, որ անսահման խորը հեղուկի անսահմանափակ մակերեսի վրա գրավիտացիոն ալիքների տարածման արագությունը հավասար է.

Այն մեծանում է ալիքի երկարության աճով:

Երկար գրավիտացիոն ալիքներ

Հաշվի առնելով գրավիտացիոն ալիքները, որոնց երկարությունը փոքր է հեղուկի խորության համեմատ, մենք այժմ կանգ ենք առնում ալիքների հակառակ սահմանափակող դեպքի վրա, որոնց երկարությունը մեծ է հեղուկի խորության համեմատ:

Նման ալիքները կոչվում են երկար ալիքներ:

Նախ դիտարկենք երկար ալիքների տարածումը ալիքում: Ալիքի երկարությունը (ուղղված x առանցքի երկայնքով) կհամարվի անսահմանափակ։Ալիքի խաչմերուկը կարող է ունենալ կամայական ձև և կարող է տարբերվել իր երկարությամբ։ Հեղուկի խաչմերուկի տարածքը ալիքում կնշվի ալիքի խորությունը և լայնությունը ալիքի երկարության համեմատ փոքր:

Այստեղ մենք կքննարկենք երկայնական երկար ալիքներ, որոնցում հեղուկը շարժվում է ալիքով: Նման ալիքներում արագության բաղադրիչը ալիքի երկարությամբ մեծ է բաղադրիչների համեմատ

Նշանակելով պարզապես v և բաց թողնելով փոքր անդամները, մենք կարող ենք գրել Էյլերի հավասարման - բաղադրիչը որպես.

և - բաղադրիչ - ձևով

(մենք բաց ենք թողնում արագությամբ քառակուսի տերմինները, քանի որ ալիքի ամպլիտուդը դեռ փոքր է համարվում): Երկրորդ հավասարումից ունենք՝ նկատելով, որ ազատ մակերևույթի վրա ) պետք է լինի

Այս արտահայտությունը փոխարինելով առաջին հավասարման մեջ՝ ստանում ենք.

Երկու անհայտների որոշման երկրորդ հավասարումը կարող է ստացվել մի մեթոդով, որը նման է շարունակականության հավասարման ածանցմանը: Այս հավասարումը, ըստ էության, շարունակականության հավասարում է, որը կիրառվում է դիտարկվող գործի նկատմամբ: Դիտարկենք ալիքի խաչմերուկի երկու հարթությունների միջև ընկած հեղուկի ծավալը, որոնք գտնվում են միմյանցից հեռավորության վրա: Ժամանակի միավորի համար հեղուկի ծավալը կմտնի մի հարթության միջով, և ծավալը դուրս կգա մյուս հարթությունից, հետևաբար երկու հարթությունների միջև հեղուկի ծավալը կփոխվի

Փետրվարի 11, 2016թ

Բառացիորեն մի քանի ժամ առաջ եկավ գիտական ​​աշխարհում երկար սպասված լուրը։ Մի քանի երկրներից մի խումբ գիտնականներ, ովքեր աշխատում են LIGO Scientific Collaboration միջազգային նախագծի շրջանակներում, ասում են, որ մի քանի աստղադիտարաններ-դետեկտորների օգնությամբ իրենց հաջողվել է լաբորատորիայում ֆիքսել գրավիտացիոն ալիքները։

Նրանք վերլուծում են երկու լազերային ինտերֆերոմետր գրավիտացիոն-ալիքային աստղադիտարանների (LIGO) տվյալները, որոնք տեղակայված են Լուիզիանայում և Վաշինգտոնում, ԱՄՆ:

Ինչպես ասվեց LIGO նախագծի մամուլի ասուլիսում, գրավիտացիոն ալիքները գրանցվել են 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին նախ մի աստղադիտարանում, իսկ հետո 7 միլիվայրկյան անց մյուս աստղադիտարանում։

Ստացված տվյալների վերլուծության հիման վրա, որն իրականացրել են բազմաթիվ երկրների, այդ թվում՝ Ռուսաստանի գիտնականները, պարզվել է, որ գրավիտացիոն ալիքն առաջացել է 29 և 36 անգամ մեծ զանգված ունեցող երկու սև խոռոչների բախումից։ Արեւ. Դրանից հետո դրանք միաձուլվել են մեկ մեծ սև խոռոչի մեջ։

Դա տեղի է ունեցել 1,3 միլիարդ տարի առաջ: Ազդանշանը Երկիր եկավ Մագելանի ամպի համաստեղությունից:

Սերգեյ Պոպովը (աստղաֆիզիկոս Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի Շտերնբերգի պետական ​​աստղագիտական ​​ինստիտուտում) բացատրել է, թե ինչ են գրավիտացիոն ալիքները և ինչու է այդքան կարևոր դրանք չափել։

Ձգողության ժամանակակից տեսությունները ձգողականության երկրաչափական տեսություններ են, քիչ թե շատ ամեն ինչ հարաբերականության տեսությունից։ Տիեզերքի երկրաչափական հատկությունները ազդում են մարմինների կամ առարկաների շարժման վրա, ինչպիսին է լույսի ճառագայթը: Եվ հակառակը՝ էներգիայի բաշխումը (սա նույնն է, ինչ զանգվածը տարածության մեջ) ազդում է տարածության երկրաչափական հատկությունների վրա։ Սա շատ հիանալի է, քանի որ հեշտ է պատկերացնել. այս ամբողջ առաձգական հարթությունը, որը շարված է խցում, որոշակի ֆիզիկական նշանակություն ունի, թեև, իհարկե, ամեն ինչ այդքան էլ բառացի չէ:

Ֆիզիկոսներն օգտագործում են «մետրիկ» բառը։ Չափիչն այն է, ինչը նկարագրում է տարածության երկրաչափական հատկությունները: Եվ ահա մենք ունենք արագացումով շարժվող մարմիններ։ Ամենապարզն այն է, որ վարունգը պտտվում է։ Կարևոր է, որ դա, օրինակ, գնդակ չէ և ոչ թե հարթեցված սկավառակ: Հեշտ է պատկերացնել, որ երբ նման վարունգը պտտվում է առաձգական հարթության վրա, դրանից ալիքներ կհոսեն։ Պատկերացրեք, որ ինչ-որ տեղ կանգնած եք, և վարունգը կա՛մ մի ծայրով կշրջվի դեպի ձեզ, կա՛մ մյուսով։ Այն ազդում է տարածության և ժամանակի վրա տարբեր ձևերով, ձգողական ալիք է անցնում:

Այսպիսով, գրավիտացիոն ալիքը տարածություն-ժամանակի երկայնքով պտտվող ալիք է:

Ուլունքներ տարածության մեջ

Սա մեր հիմնական ըմբռնման հիմնական հատկությունն է այն մասին, թե ինչպես է աշխատում գրավիտացիան, և մարդիկ հարյուր տարի ցանկանում են փորձարկել այն: Նրանք ցանկանում են համոզվել, որ էֆեկտը կա և տեսանելի է լաբորատորիայում։ Բնության մեջ դա երևում էր արդեն մոտ երեք տասնամյակ առաջ։ Ինչպե՞ս պետք է գրավիտացիոն ալիքները դրսևորվեն առօրյա կյանքում:

Սա ցույց տալու ամենահեշտ ձևն այն է, որ եթե ուլունքները նետեք տարածություն այնպես, որ դրանք պառկեն շրջանագծի մեջ, և երբ գրավիտացիոն ալիքն անցնի ուղղահայաց իրենց հարթությանը, նրանք կսկսեն վերածվել էլիպսի՝ այս կամ այն ​​կերպ սեղմված: Փաստն այն է, որ նրանց շուրջ տարածությունը կխաթարվի, և նրանք դա կզգան։

«G» Երկրի վրա

Մարդիկ նման բան անում են ոչ թե տիեզերքում, այլ Երկրի վրա։

Իրարից չորս կիլոմետր հեռավորության վրա հայելիները կախված են «g» տառի տեսքով [նշանակում է ամերիկյան LIGO աստղադիտարանները]։

Լազերային ճառագայթները վազում են - սա ինտերֆերոմետր է, լավ հասկացված բան: Ժամանակակից տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տալիս չափել ֆանտաստիկ փոքր էֆեկտը: Ես դեռ չեմ հավատում դրան, ես հավատում եմ դրան, բայց դա պարզապես չի տեղավորվում իմ գլխում. միմյանցից չորս կիլոմետր հեռավորության վրա կախված հայելիների տեղաշարժը պակաս է ատոմային միջուկի չափից: Սա փոքր է նույնիսկ այս լազերի ալիքի երկարության համեմատ: Սա գրավիտացիա էր. ձգողականությունը ամենաթույլ ուժն է, և, հետևաբար, տեղաշարժերը շատ փոքր են:

Շատ երկար ժամանակ պահանջվեց, մարդիկ փորձում էին դա անել 1970-ականներից, նրանք իրենց կյանքը ծախսեցին գրավիտացիոն ալիքներ փնտրելով։ Եվ հիմա միայն տեխնիկական հնարավորություններն են թույլ տալիս լաբորատոր պայմաններում գրավիտացիոն ալիքի գրանցում ստանալ, այսինքն՝ ահա այն եկավ, և հայելիները տեղաշարժվեցին։

Ուղղություն

Մեկ տարվա ընթացքում, եթե ամեն ինչ լավ ընթանա, աշխարհում երեք դետեկտոր կլինի։ Երեք դետեկտորները շատ կարևոր են, քանի որ այս բաները շատ վատ են որոշում ազդանշանի ուղղությունը: Մոտավորապես նույն կերպ, ինչպես մենք վատ ենք լսում աղբյուրի ուղղությունը: «Ձայն ինչ-որ տեղից աջ» - այս դետեկտորները նման բան են զգում. Բայց եթե երեք մարդ կանգնած են միմյանցից հեռու, և մեկը լսում է ձայնը աջից, մյուսը ձախից, իսկ երրորդը հետևում է, ապա մենք կարող ենք շատ ճշգրիտ որոշել ձայնի ուղղությունը: Որքան շատ դետեկտորներ լինեն, այնքան ավելի շատ են դրանք ցրված ամբողջ երկրագնդով մեկ, այնքան ավելի ճշգրիտ կարող ենք որոշել դեպի աղբյուրի ուղղությունը, և այդ ժամանակ կսկսվի աստղագիտությունը:

Ի վերջո, վերջնական խնդիրը ոչ միայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության հաստատումն է, այլեւ աստղագիտական ​​նոր գիտելիքների ձեռքբերումը։ Պատկերացրեք, որ կա մի սև անցք, որը կշռում է Արեգակի զանգվածը տասնապատիկ: Եվ այն բախվում է մեկ այլ սև խոռոչի, որը կշռում է տասը արեգակնային զանգված: Բախումը տեղի է ունենում լույսի արագությամբ։ Բեկումնային էներգիա. Ճիշտ է. Դրա ֆանտաստիկ քանակությունը կա: Եվ դա այդպես չէ… Դա պարզապես տարածության և ժամանակի ալիքներ են: Ես կասեի, որ երկու սև խոռոչների միաձուլման հայտնաբերումը երկար ժամանակ կլինի ամենահուսալի հաստատումը, որ սև խոռոչները վերաբերում են այն սև անցքերին, որոնց մասին մենք մտածում ենք:

Եկեք անցնենք այն խնդիրների և երևույթների միջով, որոնք այն կարող է բացահայտել:

Իսկապե՞ս գոյություն ունեն սև խոռոչներ:

LIGO-ի հայտարարությունից ակնկալվող ազդանշանը կարող է ստացվել երկու միաձուլվող սև խոռոչների միջոցով: Նման իրադարձությունները հայտնիներից ամենաեռանդունն են. նրանց կողմից արձակված գրավիտացիոն ալիքների ուժը կարող է կարճ ժամանակով գերազանցել դիտելի տիեզերքի բոլոր աստղերն ընդհանուր առմամբ: Սև խոռոչների միաձուլումը նույնպես բավականին հեշտ է մեկնաբանել շատ մաքուր գրավիտացիոն ալիքների տեսանկյունից:

Սև խոռոչների միաձուլումը տեղի է ունենում, երբ երկու սև խոռոչներ պտտվում են միմյանց շուրջ՝ էներգիա ճառագելով գրավիտացիոն ալիքների տեսքով: Այս ալիքներն ունեն բնորոշ ձայն (ծլվլոց), որը կարող է օգտագործվել այս երկու առարկաների զանգվածը չափելու համար։ Դրանից հետո սև անցքերը սովորաբար միաձուլվում են:

«Պատկերացրեք երկու օճառի պղպջակներ, որոնք այնքան մոտ են գալիս, որ մեկ պղպջակ են կազմում: Ավելի մեծ փուչիկը դեֆորմացվում է», - ասում է Ընդլայնված հետազոտությունների ինստիտուտի ձգողականության տեսաբան Տիբալտ Դամուրը: գիտական ​​հետազոտությունՓարիզի մոտ։ Վերջնական սև խոռոչը կլինի կատարելապես գնդաձև, բայց նախ պետք է արձակի կանխատեսելի տիպի գրավիտացիոն ալիքներ:

Սև խոռոչների միաձուլման հայտնաբերման ամենակարևոր գիտական ​​հետևանքներից մեկը կլինի սև խոռոչների գոյության հաստատումը. առնվազն կատարյալ կլոր առարկաներ, որոնք բաղկացած են մաքուր, դատարկ, կոր տարածություն-ժամանակից, ինչպես կանխատեսել է. ընդհանուր տեսությունհարաբերականություն։ Մյուս հետևանքն այն է, որ միաձուլումն ընթանում է այնպես, ինչպես կանխատեսում էին գիտնականները: Աստղագետները շատ անուղղակի ապացույցներ ունեն այս երևույթի համար, բայց մինչ այժմ դրանք եղել են սև խոռոչների շուրջ պտտվող աստղերի և գերտաքացած գազի դիտարկումներ, այլ ոչ թե իրենք՝ սև խոռոչները:

«Գիտական ​​հանրությունը, ներառյալ ես, չի սիրում սև խոռոչները: Մենք դրանք ընդունում ենք որպես կանոն, ասում է Ֆրենս Պրետորիուսը՝ Նյու Ջերսիի Փրինսթոնի համալսարանի հարաբերականության ընդհանուր մոդելավորման մասնագետը: «Բայց երբ մտածում եք, թե ինչ զարմանալի կանխատեսում է սա, մեզ իսկապես զարմանալի ապացույց է պետք»:

Արդյո՞ք գրավիտացիոն ալիքները շարժվում են լույսի արագությամբ:

Երբ գիտնականները սկսում են համեմատել LIGO-ի դիտարկումները այլ աստղադիտակների հետ, առաջին բանը, որ նրանք ստուգում են, այն է, թե արդյոք ազդանշանը հասել է միևնույն ժամանակ: Ֆիզիկոսները կարծում են, որ ձգողականությունը փոխանցվում է գրավիտոն կոչվող մասնիկներով՝ ֆոտոնների գրավիտացիոն անալոգը։ Եթե ​​ֆոտոնների նման այս մասնիկները չունեն զանգված, ապա գրավիտացիոն ալիքները կշարժվեն լույսի արագությամբ՝ համապատասխանելով գրավիտացիոն ալիքների արագության կանխատեսմանը դասական հարաբերականության մեջ։ (Նրանց արագության վրա կարող է ազդել տիեզերքի արագացող ընդլայնումը, բայց դա պետք է դրսևորվի LIGO-ով ընդգրկվածներից շատ հեռու:

Միանգամայն հնարավոր է, սակայն, որ գրավիտոնները փոքր զանգված ունեն, ինչը նշանակում է, որ գրավիտացիոն ալիքները կշարժվեն լույսից փոքր արագությամբ։ Այսպիսով, օրինակ, եթե LIGO-ն և Virgo-ն հայտնաբերեն գրավիտացիոն ալիքներ և պարզեն, որ ալիքները Երկիր են ժամանել ավելի ուշ, քան տիեզերական իրադարձության հետ կապված գամմա ճառագայթները, դա կարող է կյանքի փոփոխական հետևանքներ ունենալ հիմնարար ֆիզիկայի համար:

Արդյո՞ք տարածություն-ժամանակը կազմված է տիեզերական լարերից:

Ավելի տարօրինակ բացահայտում կարող է տեղի ունենալ, եթե հայտնաբերվեն գրավիտացիոն ալիքների պայթյուններ, որոնք գալիս են «տիեզերական լարերից»: Տարածություն-ժամանակի կորության այս հիպոթետիկ թերությունները, որոնք կարող են կապված լինել կամ չլինել լարերի տեսությունների հետ, պետք է լինեն անսահման բարակ, բայց ձգված տիեզերական հեռավորությունների վրա: Գիտնականները կանխատեսում են, որ տիեզերական լարերը, եթե դրանք գոյություն ունեն, կարող են պատահաբար ոլորվել. եթե լարը թեքվի, այն կառաջացնի գրավիտացիոն ալիք, որը կարող են չափել LIGO-ի կամ Virgo-ի նման դետեկտորները:

Կարո՞ղ են նեյտրոնային աստղերը լինել ատամնավոր:

Նեյտրոնային աստղերը մնացորդներ են մեծ աստղեր, որոնք փլուզվեցին սեփական քաշի տակ և այնքան խտացան, որ էլեկտրոններն ու պրոտոնները սկսեցին միաձուլվել նեյտրոնների։ Գիտնականները քիչ են հասկանում նեյտրոնային անցքերի ֆիզիկան, սակայն գրավիտացիոն ալիքները կարող են շատ բան պատմել դրանց մասին: Օրինակ, նրանց մակերեսի ինտենսիվ ձգողականությունը հանգեցնում է նրան, որ նեյտրոնային աստղերը դառնում են գրեթե կատարյալ գնդաձև: Սակայն որոշ գիտնականներ ենթադրում են, որ նրանք կարող են նաև ունենալ «լեռներ»՝ մի քանի միլիմետր բարձրությամբ, որոնք այս խիտ օբյեկտները դարձնում են 10 կիլոմետր տրամագծով, ոչ ավելին, մի փոքր ասիմետրիկ: Նեյտրոնային աստղերը սովորաբար շատ արագ են պտտվում, ուստի զանգվածի ասիմետրիկ բաշխումը կկործանի տարածությունը և կստեղծի կայուն գրավիտացիոն ալիքի ազդանշան սինուսային ալիքի տեսքով՝ դանդաղեցնելով աստղի պտույտը և ճառագայթելով էներգիան։

Նեյտրոնային աստղերի զույգերը, որոնք պտտվում են միմյանց շուրջ, նույնպես հաստատուն ազդանշան են արտադրում։ Ինչպես սև խոռոչները, այս աստղերը պարուրաձև են և ի վերջո միաձուլվում են բնորոշ ձայնով: Բայց դրա առանձնահատկությունները տարբերվում են սև անցքերի ձայնի առանձնահատկություններից։

Ինչու են աստղերը պայթում:

Սև խոռոչները և նեյտրոնային աստղերը ձևավորվում են, երբ զանգվածային աստղերը դադարում են փայլել և փլուզվում են իրենց մեջ: Աստղաֆիզիկոսները կարծում են, որ այս գործընթացի հիմքում ընկած է II տիպի գերնոր աստղերի պայթյունների բոլոր սովորական տեսակները: Նման գերնոր աստղերի սիմուլյացիաները դեռ ցույց չեն տվել, թե ինչու են դրանք բռնկվում, բայց ենթադրվում է, որ իրական գերնոր աստղի կողմից արձակված գրավիտացիոն ալիքների պայթյունները լսելը տալիս է պատասխանը: Կախված նրանից, թե ինչ տեսք ունեն պայթած ալիքները, որքան բարձր են դրանք, որքան հաճախ են դրանք տեղի ունենում և ինչպես են դրանք փոխկապակցված էլեկտրամագնիսական աստղադիտակներով վերահսկվող գերնոր աստղերի հետ, այս տվյալները կարող են օգնել բացառել գոյություն ունեցող մոդելների մի խումբ:

Որքա՞ն արագ է ընդլայնվում տիեզերքը:

Տիեզերքի ընդլայնումը նշանակում է, որ հեռավոր մարմինները, որոնք հեռանում են մեր գալակտիկայից, ավելի կարմիր են թվում, քան իրականում կան, քանի որ նրանց արձակած լույսը ձգվում է շարժվելիս: Տիեզերագետները գնահատում են տիեզերքի ընդլայնման արագությունը՝ համեմատելով գալակտիկաների կարմիր տեղաշարժը մեզանից հեռու գտնվելու հետ: Բայց այս հեռավորությունը սովորաբար գնահատվում է Ia տիպի գերնոր աստղերի պայծառությունից, և այս տեխնիկան թողնում է շատ անորոշություններ:

Եթե ​​մի քանի գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորներ ամբողջ աշխարհում հայտնաբերում են նույն նեյտրոնային աստղերի միաձուլման ազդանշանները, նրանք միասին կարող են ճշգրիտ գնահատել ազդանշանի բարձրությունը և դրա հետ մեկտեղ այն հեռավորությունը, որով տեղի է ունեցել միաձուլումը: Նրանք նաև կկարողանան գնահատել ուղղությունը և դրա հետ մեկտեղ բացահայտել գալակտիկան, որտեղ տեղի է ունեցել իրադարձությունը: Համեմատելով այս գալակտիկայի կարմիր շեղումը դեպի միաձուլվող աստղերի հեռավորության հետ՝ կարելի է ձեռք բերել տիեզերական ընդարձակման անկախ արագություն, գուցե ավելի ճշգրիտ, քան թույլ են տալիս ներկայիս մեթոդները:

աղբյուրները

http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160211_gravitational_waves

http://cont.ws/post/199519

Այստեղ մենք ինչ-որ կերպ պարզեցինք, բայց ինչ է և. Տեսեք, թե ինչ տեսք ունի այն Հոդվածի բնօրինակը գտնվում է կայքում InfoGlaz.rfՀղում դեպի այն հոդվածը, որտեղից պատրաստված է այս պատճենը.