Գրավիտացիոն ալիքների տեսությունը. Մենք գտանք գրավիտացիոն ալիքներ: Ի՞նչ է հաջորդը: Ուլունքներ տարածության մեջ

Վալենտին Նիկոլաևիչ Ռուդենկոն կիսում է իր այցի պատմությունը Կաշինա (Իտալիա) քաղաք, որտեղ նա մեկ շաբաթ անցկացրեց այն ժամանակ նորակառույց «գրավիտացիոն ալեհավաքի» վրա՝ օպտիկական Michelson ինտերֆերոմետրի վրա: Նպատակակետ տանող ճանապարհին տաքսու վարորդը հարցնում է, թե ինչի համար է կառուցվել ինստալացիան։ «Այստեղ մարդիկ կարծում են, որ դա Աստծո հետ խոսելու համար է», - խոստովանում է վարորդը:

- Ի՞նչ են գրավիտացիոն ալիքները:

- Գրավիտացիոն ալիքը «աստղաֆիզիկական տեղեկատվության կրողներից» է։ Կան աստղաֆիզիկական տեղեկատվության տեսանելի ուղիներ, աստղադիտակները հատուկ դեր են խաղում «հեռավոր տեսողության» մեջ։ Աստղագետները յուրացրել են նաև ցածր հաճախականության ալիքները՝ միկրոալիքային և ինֆրակարմիր, իսկ բարձր հաճախականությամբ՝ ռենտգեն և գամմա։ Բացի էլեկտրամագնիսական ճառագայթումից, մենք կարող ենք գրանցել մասնիկների հոսքեր Տիեզերքից: Դրա համար օգտագործվում են նեյտրինո աստղադիտակներ՝ տիեզերական նեյտրինոների մեծ չափի դետեկտորներ՝ մասնիկներ, որոնք թույլ են փոխազդում նյութի հետ և, հետևաբար, դժվար է գրանցել: «Աստղաֆիզիկական տեղեկատվության կրողների» տեսականորեն կանխատեսված և լաբորատոր ուսումնասիրված գրեթե բոլոր տեսակները գործնականում հուսալիորեն յուրացվել են։ Բացառություն էր ձգողականությունը՝ ամենաթույլ փոխազդեցությունը միկրոտիեզերքում և ամենահզոր ուժը մակրոտիեզերքում:

Ձգողականությունը երկրաչափություն է: Գրավիտացիոն ալիքներ- երկրաչափական ալիքներ, այսինքն՝ ալիքներ, որոնք փոխում են տարածության երկրաչափական բնութագրերը, երբ անցնում են այս տարածության միջով։ Կոպիտ ասած՝ դրանք ալիքներ են, որոնք դեֆորմացնում են տարածությունը։ Դեֆորմացիան երկու կետերի միջև հեռավորության հարաբերական փոփոխությունն է: Գրավիտացիոն ճառագայթումը տարբերվում է մյուս բոլոր տեսակի ճառագայթներից հենց նրանով, որ դրանք երկրաչափական են:

- Էյնշտեյնը կանխատեսե՞լ է գրավիտացիոն ալիքները:

- Ձևականորեն համարվում է, որ գրավիտացիոն ալիքները կանխատեսել է Էյնշտեյնը՝ որպես իր հարաբերականության ընդհանուր տեսության հետևանքներից մեկը, բայց իրականում դրանց գոյությունն ակնհայտ է դառնում արդեն հարաբերականության հատուկ տեսության մեջ։

Հարաբերականության տեսությունը ենթադրում է, որ գրավիտացիոն ձգողության շնորհիվ հնարավոր է գրավիտացիոն փլուզում, այսինքն՝ օբյեկտի կծկումը փլուզման արդյունքում, կոպիտ ասած, կետի մեջ։ Այնուհետև գրավիտացիան այնքան ուժեղ է, որ լույսն անգամ չի կարող փախչել դրանից, հետևաբար նման առարկան փոխաբերական իմաստով կոչվում է սև անցք։

- Ո՞րն է գրավիտացիոն փոխազդեցության առանձնահատկությունը։

Գրավիտացիոն փոխազդեցության առանձնահատկությունը համարժեքության սկզբունքն է։ Նրա խոսքով, փորձնական մարմնի դինամիկ ռեակցիան գրավիտացիոն դաշտում կախված չէ այս մարմնի զանգվածից։ Պարզ ասած՝ բոլոր մարմիններն ընկնում են նույն արագացումով։

Ձգողության ուժը ամենաթույլն է, որ մենք գիտենք այսօր:

- Ո՞վ է առաջինը փորձել բռնել գրավիտացիոն ալիքը:

- Գրավիտացիոն ալիքների փորձարկումն առաջին անգամ իրականացրել է Ջոզեֆ Վեբերը Մերիլենդի համալսարանից (ԱՄՆ): Նա ստեղծել է գրավիտացիոն դետեկտոր, որն այժմ պահվում է Վաշինգտոնի Սմիթսոնյան թանգարանում։ 1968-1972 թվականներին Ջո Վեբերը մի շարք դիտարկումներ է անցկացրել միմյանցից բաժանված զույգ դետեկտորներով՝ փորձելով առանձնացնել «պատահականության» դեպքերը։ Համընկնումների տեխնիկան փոխառված է միջուկային ֆիզիկայից։ Վեբերի ստացած գրավիտացիոն ազդանշանների ցածր վիճակագրական նշանակությունը առաջացրել է փորձի արդյունքների նկատմամբ քննադատական ​​վերաբերմունք. չկար վստահություն, որ հնարավոր է ֆիքսել գրավիտացիոն ալիքները։ Ավելի ուշ գիտնականները փորձեցին բարձրացնել Վեբերի տիպի դետեկտորների զգայունությունը։ 45 տարի պահանջվեց դետեկտոր ստեղծելու համար, որի զգայունությունը համարժեք էր աստղաֆիզիկական կանխատեսումների համար։

Փորձի սկզբում մինչև ֆիքսումը տեղի են ունեցել բազմաթիվ այլ փորձեր, այս ընթացքում գրանցվել են իմպուլսներ, սակայն դրանց ինտենսիվությունը չափազանց ցածր է եղել։

-Ինչո՞ւ անմիջապես չհայտարարվեց, որ ազդանշանը ֆիքսվել է։

- Գրավիտացիոն ալիքները գրանցվել են դեռ 2015 թվականի սեպտեմբերին։ Բայց եթե անգամ զուգադիպություն է արձանագրվել, պետք է հայտարարելուց առաջ ապացուցել, որ դա պատահական չէ։ Ցանկացած ալեհավաքից վերցված ազդանշանում միշտ առկա են աղմուկի բարձրացումներ (կարճաժամկետ պոռթկումներ), և դրանցից մեկը կարող է պատահաբար առաջանալ մեկ այլ ալեհավաքի վրա աղմուկի պայթյունի հետ միաժամանակ: Միայն վիճակագրական գնահատականներով կարելի է ապացուցել, որ զուգադիպությունը պատահական չի եղել։

-Ինչո՞ւ են գրավիտացիոն ալիքների ոլորտում հայտնագործությունները այդքան կարևոր։

- Ռելիկտային գրավիտացիոն ֆոնը գրանցելու և դրա բնութագրերը՝ խտությունը, ջերմաստիճանը և այլն չափելու հնարավորությունը թույլ է տալիս մոտենալ տիեզերքի սկզբին։

Գրավիչն այն է, որ գրավիտացիոն ճառագայթումը դժվար է հայտնաբերել, քանի որ այն շատ թույլ է փոխազդում նյութի հետ: Բայց այս նույն հատկության շնորհիվ այն անցնում է առանց կլանման մեզնից ամենահեռու առարկաներից ամենաառեղծվածային, նյութի տեսակետից, հատկություններով։

Կարելի է ասել, որ գրավիտացիոն ճառագայթումն անցնում է առանց աղավաղումների։ Ամենահավակնոտ նպատակն է հետաքննել գրավիտացիոն ճառագայթումը, որն առանձնացվել է առաջնային նյութից Մեծ պայթյունի տեսության մեջ, որը ստեղծվել է Տիեզերքի ստեղծման ժամանակ:

- Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումը բացառո՞ւմ է քվանտային տեսությունը:

Ձգողականության տեսությունը ենթադրում է գրավիտացիոն փլուզման, այսինքն՝ զանգվածային առարկաների կծկման մի կետի առկայություն։ Միևնույն ժամանակ, Կոպենհագենի դպրոցի կողմից մշակված քվանտային տեսությունը ենթադրում է, որ անորոշության սկզբունքի պատճառով անհնար է միաժամանակ նշել այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են մարմնի կոորդինատը, արագությունը և իմպուլսը: Գոյություն ունի անորոշության սկզբունքը, անհնար է ճշգրիտ որոշել հետագիծը, քանի որ հետագիծը և՛ կոորդինատ է, և՛ արագություն և այլն: Այս սխալի մեջ կարող եք սահմանել միայն որոշակի պայմանական վստահության միջանցք, որը կապված է անորոշության սկզբունքների հետ: . Քվանտային տեսությունը կտրականապես հերքում է կետային օբյեկտների հնարավորությունը, բայց դրանք նկարագրում է վիճակագրական հավանականության եղանակով. այն կոնկրետ չի նշում կոորդինատները, այլ ցույց է տալիս հավանականությունը, որ այն ունի որոշակի կոորդինատներ։

Քվանտային տեսության և գրավիտացիայի տեսության միավորման հարցը դաշտի միասնական տեսության ստեղծման հիմնարար հարցերից է։

Այժմ նրանք շարունակում են աշխատել դրա վրա, և «քվանտային գրավիտացիա» բառերը նշանակում են գիտության բոլորովին զարգացած ոլորտ, գիտելիքի և տգիտության սահման, որտեղ այժմ աշխատում են աշխարհի բոլոր տեսաբանները։

-Ի՞նչ կարող է տալ բացահայտումը հետագայում։

Գրավիտացիոն ալիքները պետք է անխուսափելիորեն ընկնեն հիմքում ժամանակակից գիտորպես մեր գիտելիքների բաղադրիչներից մեկը։ Նրանց էական դեր է վերապահված Տիեզերքի էվոլյուցիայի մեջ, և այդ ալիքների օգնությամբ պետք է ուսումնասիրել Տիեզերքը։ Հայտնագործությունը նպաստում է գիտության և մշակույթի ընդհանուր զարգացմանը։

Եթե ​​որոշեք դուրս գալ այսօրվա գիտության շրջանակներից, ապա թույլատրելի է պատկերացնել հեռահաղորդակցության գրավիտացիոն հաղորդակցության գծերը, ռեակտիվ ապարատը գրավիտացիոն ճառագայթման վրա, գրավիտացիոն-ալիքային ինտրոսկոպիկ սարքեր:

- Գրավիտացիոն ալիքները կապ ունեն էքստրասենսոր ընկալման և հեռատեսության հետ:

Չունի: Նկարագրված էֆեկտները քվանտային աշխարհի, օպտիկայի էֆեկտներն են։

Զրուցեց Աննա Ուտկինան

Հինգշաբթի օրը՝ փետրվարի 11-ին, LIGO Scientific Collaboration միջազգային նախագծի մի խումբ գիտնականներ հայտարարեցին, որ հաջողվել է, որի գոյությունը Ալբերտ Էյնշտեյնը կանխատեսել էր դեռ 1916 թվականին։ Հետազոտողների խոսքով՝ 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին նրանք գրանցել են գրավիտացիոն ալիք, որն առաջացել է Արեգակից 29 և 36 անգամ մեծ զանգված ունեցող երկու սև խոռոչների բախումից, որից հետո դրանք միաձուլվել են մեկ մեծ սև խոռոչի մեջ։ . Ըստ նրանց՝ դա տեղի է ունեցել ենթադրաբար 1,3 միլիարդ տարի առաջ մեր գալակտիկայից 410 մեգապարսեկ հեռավորության վրա։

Մանրամասները գրավիտացիոն ալիքների և LIGA.net-ի լայնածավալ հայտնագործության մասին Բոգդան Հնատիկ, ուկրաինացի գիտնական, աստղաֆիզիկոս, ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, Կիևի Տարաս Շևչենկոյի անվան ազգային համալսարանի աստղադիտարանի առաջատար գիտաշխատող, որը ղեկավարել է աստղադիտարանը 2001-2004 թվականներին։

Տեսություն պարզ լեզվով

Ֆիզիկան ուսումնասիրում է մարմինների փոխազդեցությունը։ Հաստատվել է, որ մարմինների միջև գոյություն ունի փոխազդեցության չորս տեսակ՝ էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ միջուկային փոխազդեցություն և գրավիտացիոն փոխազդեցություն, որը մենք բոլորս զգում ենք։ Գրավիտացիոն փոխազդեցության շնորհիվ մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջ, մարմիններն ունենում են քաշ և ընկնում գետնին։ Մարդը մշտապես կանգնած է գրավիտացիոն փոխազդեցության հետ:

1916 թվականին՝ 100 տարի առաջ, Ալբերտ Էյնշտեյնը կառուցեց գրավիտացիայի տեսությունը, որը բարելավեց գրավիտացիայի նյուտոնյան տեսությունը, մաթեմատիկորեն ճիշտ դարձրեց այն. այն սկսեց բավարարել ֆիզիկայի բոլոր պահանջները, սկսեց հաշվի առնել այն փաստը, որ գրավիտացիան տարածվում է շատ բարձր, բայց սահմանափակ արագություն: Սա, իրավամբ, Էյնշտեյնի ամենամեծ ձեռքբերումներից մեկն է, քանի որ նա կառուցեց ձգողականության տեսություն, որը համապատասխանում է ֆիզիկայի բոլոր երևույթներին, որոնք մենք այսօր դիտարկում ենք:

Այս տեսությունը նույնպես ենթադրում էր գոյությունը գրավիտացիոն ալիքներ... Այս կանխատեսման հիմքն այն էր, որ գրավիտացիոն ալիքները գոյություն ունեն գրավիտացիոն փոխազդեցության արդյունքում, որն առաջանում է երկու զանգվածային մարմինների միաձուլման արդյունքում։

Ինչ է գրավիտացիոն ալիքը

Բարդ լեզվով ասած՝ սա տարածություն-ժամանակի չափման գրգռումն է: «Ենթադրենք, որ տիեզերքն ունի որոշակի առաձգականություն, և ալիքները կարող են անցնել դրա միջով: Դա նման է այն բանին, երբ մենք խճաքար ենք նետում ջրի մեջ, և ալիքները ցրվում են դրանից», - LIGA.net-ին ասաց ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտորը:

Գիտնականներին հաջողվել է փորձնականորեն ապացուցել, որ նման տատանում է տեղի ունեցել Տիեզերքում, և գրավիտացիոն ալիքը վազել է բոլոր ուղղություններով։ «Աստղաֆիզիկական մեթոդն առաջինն էր, որ գրանցեց երկուական համակարգի նման աղետալի էվոլյուցիայի երևույթը, երբ երկու առարկաներ միաձուլվում են մեկի մեջ, և այս միաձուլումը հանգեցնում է գրավիտացիոն էներգիայի շատ ինտենսիվ արտազատման, որն այնուհետև տարածվում է տարածության մեջ. գրավիտացիոն ալիքներ»,- պարզաբանել է գիտնականը։

Ինչ տեսք ունի այն (լուսանկար - EPA)

Այս գրավիտացիոն ալիքները շատ թույլ են, և որպեսզի դրանք թափահարեն տարածություն-ժամանակը, անհրաժեշտ է շատ մեծ և զանգվածային մարմինների փոխազդեցությունը, որպեսզի լարվածությունը գրավիտացիոն դաշտմեծ էր սերնդի տեղում։ Բայց, չնայած նրանց թուլությանը, դիտորդը որոշակի ժամանակ անց (հավասար է ազդանշանի տարածման արագությամբ բաժանված փոխազդեցության հեռավորությանը) գրանցելու է այս գրավիտացիոն ալիքը։

Օրինակ բերենք՝ եթե Երկիրն ընկներ Արեգակի վրա, ապա տեղի կունենա գրավիտացիոն փոխազդեցություն՝ կթողարկվի գրավիտացիոն էներգիա, կձևավորվի գրավիտացիոն գնդային սիմետրիկ ալիք և դիտորդը կարող է գրանցել այն։ «Այստեղ տեղի է ունեցել նմանատիպ, բայց եզակի, աստղաֆիզիկայի տեսանկյունից երևույթ՝ բախվել են երկու զանգվածային մարմիններ՝ երկու սև խոռոչ»,- նշել է Գնատիկը։

Վերադարձ դեպի տեսություն

Սև խոռոչը Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության ևս մեկ կանխատեսումն է, որը նախատեսում է, որ մարմինը, որն ունի հսկայական զանգված, բայց այս զանգվածը կենտրոնացած է փոքր ծավալի մեջ, կարող է զգալիորեն աղավաղել իր շուրջ տարածությունը մինչև դրա փակումը: Այսինքն, ենթադրվում էր, որ երբ այս մարմնի զանգվածի կրիտիկական կոնցենտրացիան ձեռք բերվի, այնպես, որ մարմնի չափը փոքր լինի այսպես կոչված գրավիտացիոն շառավղից, ապա այս մարմնի շուրջ տարածությունը կփակվի և նրա տոպոլոգիան: կլինի այնպիսին, որ դրանից ոչ մի ազդանշան չի տարածվի փակ տարածությունից դուրս:

«Այսինքն՝ սև անցք, պարզ բառերով, դա զանգվածային օբյեկտ է, որն այնքան ծանր է, որ իր շուրջը փակում է տարածություն-ժամանակը»,- ​​ասում է գիտնականը։

Իսկ մենք, ըստ նրա, կարող ենք ցանկացած ազդանշան ուղարկել այս օբյեկտին, իսկ ինքը մեզ չի կարող ուղարկել։ Այսինքն՝ ոչ մի ազդանշան չի կարող անցնել սև խոռոչից այն կողմ։

Սև խոռոչն ապրում է սովորական ֆիզիկական օրենքների համաձայն, բայց ուժեղ ձգողականության արդյունքում ոչ մի նյութական մարմին, նույնիսկ ֆոտոնը չի կարողանում դուրս գալ այս կրիտիկական մակերևույթից: Սև խոռոչները ձևավորվում են սովորական աստղերի էվոլյուցիայի ժամանակ, երբ կենտրոնական միջուկը փլուզվում է, և աստղի նյութի մի մասը, փլուզվելով, վերածվում է սև խոռոչի, իսկ աստղի մյուս մասը դուրս է թռչում գերնոր աստղերի ծրարի տեսքով՝ վերածվելով այսպես. կոչվում է Գերնոր աստղի «բռնկում»:

Ինչպես մենք տեսանք գրավիտացիոն ալիք

Օրինակ բերենք. Երբ ջրի երեսին ունենք երկու լող, և ջուրը հանգիստ է, նրանց միջև հեռավորությունը մշտական ​​է։ Երբ ալիքը հասնում է, այն տեղափոխում է այս լողացողները, և լողացողների միջև հեռավորությունը կփոխվի: Ալիքն անցել է, և լողացողները վերադառնում են իրենց նախկին դիրքերին, և նրանց միջև հեռավորությունը վերականգնվում է:

Նմանապես, գրավիտացիոն ալիքը տարածվում է տարածություն-ժամանակում. այն սեղմում և ձգում է մարմիններն ու առարկաները, որոնք հանդիպում են իր ճանապարհին: «Երբ ալիքի ճանապարհին որևէ առարկա է հանդիպում, այն դեֆորմացվում է առանցքների երկայնքով, իսկ անցնելուց հետո վերադառնում է իր նախկին ձևին: Գրավիտացիոն ալիքի ազդեցության տակ բոլոր մարմինները դեֆորմացվում են, բայց այդ դեֆորմացիաները շատ աննշան են: »,- ասում է Գնատիկը։

Երբ ալիքն անցավ, որը արձանագրվել էր գիտնականների կողմից, տիեզերքում մարմինների հարաբերական չափերը փոխվել են 1-ի կարգի չափով, բազմապատկելով 10-ով մինչև մինուս 21-րդ հզորությունը: Օրինակ, եթե դուք վերցնում եք մետր քանոն, ապա այն փոքրացել է այնքանով, որքանով է չափը, բազմապատկելով 10-ով մինչև մինուս 21-րդ հզորությունը: Սա շատ չնչին գումար է։ Եվ խնդիրն այն էր, որ գիտնականները պետք է սովորեին, թե ինչպես չափել այս հեռավորությունը: Սովորական մեթոդները տալիս էին 10-ից 1-ի կարգի ճշգրտություն միլիոնի 9-րդ աստիճանին, բայց այստեղ շատ ավելի մեծ ճշգրտություն է անհրաժեշտ։ Դրա համար ստեղծվել են այսպես կոչված գրավիտացիոն ալեհավաքները (գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորներ)։

LIGO աստղադիտարան (լուսանկար - EPA)

Ալեհավաքը, որը գրանցում էր գրավիտացիոն ալիքները, կառուցված է այսպես՝ կան երկու խողովակ՝ մոտ 4 կիլոմետր երկարությամբ, որոնք գտնվում են «L» տառի տեսքով, բայց նույն ուսերով և ուղիղ անկյան տակ։ Երբ գրավիտացիոն ալիքը հարվածում է համակարգին, այն դեֆորմացնում է ալեհավաքի թեւերը, բայց կախված իր կողմնորոշումից՝ այն դեֆորմացվում է մեկին ավելի, մյուսինը՝ ավելի քիչ։ Եվ հետո կա ուղու տարբերություն, ազդանշանի միջամտության ձևը փոխվում է՝ կա ընդհանուր դրական կամ բացասական ամպլիտուդ:

«Այսինքն՝ գրավիտացիոն ալիքի անցումը նման է երկու լողացող ջրի վրա անցնող ալիքին. եթե մենք չափեինք նրանց միջև հեռավորությունը ալիքի անցման ընթացքում և դրանից հետո, ապա կտեսնեինք, որ հեռավորությունը կփոխվի, և այնուհետև. էլի նույնը կլիներ»,- ասաց Գնատիկը։

Այն նաև չափում է ինտերֆերոմետրի երկու թևերի միջև հեռավորության հարաբերական փոփոխությունը, որոնցից յուրաքանչյուրի երկարությունը մոտ 4 կիլոմետր է: Եվ միայն շատ ճշգրիտ տեխնոլոգիաներն ու համակարգերը կարող են չափել թևերի նման մանրադիտակային տեղաշարժը, որն առաջանում է գրավիտացիոն ալիքից։

Տիեզերքի սահմանին. որտեղից եկավ ալիքը

Գիտնականներն ազդանշանն արձանագրել են երկու դետեկտորների միջոցով, որոնք տեղակայված են ԱՄՆ-ում երկու նահանգներում՝ Լուիզիանայում և Վաշինգտոնում մոտ 3 հազար կիլոմետր հեռավորության վրա։ Գիտնականները կարողացել են գնահատել, թե որտեղից է եկել այս ազդանշանը և ինչ հեռավորությունից: Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ ազդանշանը եկել է 410 Մեգապարսեկ հեռավորությունից: Մեգապարսեկը այն հեռավորությունն է, որով անցնում է լույսը երեք միլիոն տարում:

Պատկերացնելն ավելի հեշտ դարձնելու համար. կենտրոնում գտնվող գերզանգվածային սև անցք ունեցող ամենամոտ գործող գալակտիկան Centaurus A-ն է, որը գտնվում է մեզանից չորս մեգապարսեկ հեռավորության վրա, մինչդեռ Անդրոմեդայի միգամածությունը 0,7 Մեգապարսեկ հեռավորության վրա է: «Այսինքն՝ հեռավորությունը, որից գալիս է գրավիտացիոն ալիքի ազդանշանը, այնքան մեծ է, որ ազդանշանը Երկիր է գնացել մոտ 1,3 միլիարդ տարի: Սրանք տիեզերաբանական հեռավորություններ են, որոնք հասնում են մեր Տիեզերքի հորիզոնի մոտ 10%-ին»,- գիտնականը: ասաց.

Նման հեռավորության վրա, ինչ-որ հեռավոր գալակտիկայում, երկու սև խոռոչներ միաձուլվել են։ Այս անցքերը, մի կողմից, համեմատաբար փոքր էին չափերով, իսկ մյուս կողմից՝ ազդանշանի ամպլիտուդի բարձր ուժը ցույց է տալիս, որ դրանք շատ ծանր էին։ Պարզվել է, որ դրանց զանգվածները համապատասխանաբար կազմում են 36 և 29 արեգակնային զանգված։ Արեգակի զանգվածը, ինչպես գիտեք, այն արժեքն է, որը հավասար է 2 անգամ 10-ի կիլոգրամի 30-րդ աստիճանին: Միաձուլումից հետո այս երկու մարմինները միաձուլվեցին, և այժմ նրանց տեղում առաջացել է մեկ սև անցք, որի զանգվածը հավասար է Արեգակի զանգվածին 62 անգամ։ Միևնույն ժամանակ, մոտ երեք արևային զանգվածներ դուրս ցայտեցին գրավիտացիոն ալիքային էներգիայի տեսքով:

Ով և երբ կատարեց բացահայտումը

LIGO միջազգային նախագծի գիտնականներին հաջողվել է գրավիտացիոն ալիք հայտնաբերել 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին։ LIGO (Լազերային ինտերֆերոմետրիա գրավիտացիոն աստղադիտարան)միջազգային նախագիծ է, որին մասնակցում են մի շարք պետություններ, որոնք որոշակի ֆինանսական և գիտական ​​ներդրում ունեն, մասնավորապես ԱՄՆ-ը, Իտալիան, Ճապոնիան, որոնք առաջատար են այս հետազոտության ոլորտում։

Պրոֆեսորներ Ռայներ Վայս և Քիփ Թորն (լուսանկար - EPA)

Արձանագրվել է հետևյալ պատկերը՝ տեղի է ունեցել գրավիտացիոն դետեկտորի թեւերի տեղաշարժ՝ մեր մոլորակով և այս կայանքով գրավիտացիոն ալիքի իրական անցման հետևանքով։ Այդ մասին այն ժամանակ չէր հաղորդվում, քանի որ ազդանշանը պետք է մշակվեր, «մաքրվեր», գտնվեր իր ամպլիտուդն ու ստուգվեր։ Սա ստանդարտ ընթացակարգ է. փաստացի բացահայտումից մինչև բացահայտման հայտարարություն՝ մի քանի ամիս է պահանջվում, որպեսզի հիմնավորված հայտարարություն հրապարակվի։ «Ոչ ոք չի ուզում փչացնել իր հեղինակությունը, սրանք բոլորը գաղտնի տվյալներ են, որոնց մասին մինչ հրապարակելը ոչ ոք չգիտեր, միայն խոսակցություններ կային»,- ասաց Հնատիկը։

Պատմություն

Գրավիտացիոն ալիքները ուսումնասիրվել են դեռևս անցյալ դարի 70-ական թվականներից։ Այս ընթացքում ստեղծվել են մի շարք դետեկտորներ և մի շարք հիմնարար ուսումնասիրություններ են իրականացվել։ 80-ականներին ամերիկացի գիտնական Ջոզեֆ Վեբերը կառուցեց առաջին գրավիտացիոն ալեհավաքը ալյումինե մխոցի տեսքով, որն ուներ մոտ մի քանի մետր չափ, հագեցած պիեզո սենսորներով, որոնք պետք է գրանցեին գրավիտացիոն ալիքի անցումը:

Այս սարքի զգայունությունը միլիոն անգամ ավելի վատ էր, քան այսօրվա դետեկտորները։ Եվ, իհարկե, այն ժամանակ նա իսկապես չկարողացավ շտկել ալիքը, չնայած Վեբերն ասաց, որ դա արեց. մամուլը գրեց այդ մասին, և տեղի ունեցավ «գրավիտացիոն բում», աշխարհը անմիջապես սկսեց գրավիտացիոն ալեհավաքներ կառուցել: Վեբերը խրախուսեց մյուս գիտնականներին ուսումնասիրել գրավիտացիոն ալիքները և շարունակել փորձերը այս երևույթի վրա, ինչի շնորհիվ հնարավոր եղավ բարձրացնել դետեկտորների զգայունությունը միլիոն անգամ։

Այնուամենայնիվ, գրավիտացիոն ալիքների բուն ֆենոմենը գրանցվել է անցյալ դարում, երբ գիտնականները հայտնաբերեցին կրկնակի պուլսար։ Սա գրավիտացիոն ալիքների գոյության անուղղակի գրանցում էր, որն ապացուցված էր աստղագիտական ​​դիտարկումներով։ Պուլսարը հայտնաբերվել է Ռասել Հուլսի և Ջոզեֆ Թեյլորի կողմից 1974 թվականին Արեսիբո աստղադիտարանի ռադիոաստղադիտակը դիտարկելիս։ Գիտնականները պարգևատրվել են Նոբելյան մրցանակ 1993 թվականին «պուլսարի նոր տիպի հայտնաբերման համար, որը նոր հնարավորություններ էր տալիս գրավիտացիայի ուսումնասիրության մեջ»։

Հետազոտություններ աշխարհում և Ուկրաինայում

Իտալիայում նմանատիպ նախագիծը, որը կոչվում է Կույս, մոտ է ավարտին: Ճապոնիան նույնպես մտադիր է մեկ տարուց նմանատիպ դետեկտոր գործարկել, նման փորձ է պատրաստում նաեւ Հնդկաստանը։ Այսինքն՝ աշխարհի շատ երկրներում կան նմանատիպ դետեկտորներ, բայց դրանք դեռ չեն հասել զգայունության այդ ռեժիմին, որպեսզի խոսենք գրավիտացիոն ալիքների ֆիքսման մասին։

«Պաշտոնապես Ուկրաինան LIGO-ի անդամ չէ, ինչպես նաև չի մասնակցում իտալական և ճապոնական նախագծերին: Նման հիմնարար ուղղություններից Ուկրաինան այժմ մասնակցում է LHC նախագծին (LHC - Large Hadron Collider) և CERN-ին» (մենք կ Պաշտոնապես անդամագրվեք միայն մուտքի վճարը վճարելուց հետո)»,- LIGA.net-ին ասաց ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Բոգդան Գնատիկը։

Նրա խոսքով, Ուկրաինան 2015 թվականից հանդիսանում է միջազգային համագործակցության CTA (MCHT-Cherenkov Telescope Array) լիիրավ անդամ, որը կառուցում է ժամանակակից բազմատեսակ աստղադիտակ։ TeVգամմա միջակայք (ֆոտոնների էներգիայով մինչև 1014 էՎ): «Նման ֆոտոնների հիմնական աղբյուրները հենց գերզանգվածային սև խոռոչների հարևանություններն են, որոնց գրավիտացիոն ճառագայթումն առաջին անգամ գրանցել է LIGO դետեկտորը: Հետևաբար, աստղագիտության մեջ նոր պատուհանների բացումը՝ գրավիտացիոն-ալիքային և բազմաբնույթ: TeVԷլեկտրամագնիսական դաշտը մեզ խոստանում է դեռ շատ բացահայտումներ ապագայում»,- հավելում է գիտնականը։

Ի՞նչ է հաջորդը և ինչպե՞ս նոր գիտելիքները կօգնեն մարդկանց: Գիտնականները համաձայն չեն. Ոմանք ասում են, որ սա ընդամենը ևս մեկ քայլ է Տիեզերքի մեխանիզմները հասկանալու համար: Մյուսները սա տեսնում են որպես ժամանակի և տարածության մեջ շարժվելու նոր տեխնոլոգիաների ճանապարհին առաջին քայլերը: Այսպես թե այնպես, այս հայտնագործությունը ևս մեկ անգամ ապացուցեց, թե որքան քիչ բան ենք մենք հասկանում և որքան բան է մնում սովորելու:

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

Այստեղ մենք կքննարկենք գրավիտացիոն այնպիսի ալիքներ, որոնցում հեղուկի շարժվող մասնիկների արագությունն այնքան փոքր է, որ Էյլերի հավասարման մեջ կարելի է անտեսել տերմինը՝ համեմատած: Հեշտ է պարզել, թե այս պայմանը ֆիզիկապես ինչ է նշանակում: Հեղուկ մասնիկների կողմից ալիքի տատանումների ժամանակաշրջանի ժամանակային միջակայքի ընթացքում այս մասնիկները անցնում են ալիքի a ամպլիտուդի կարգի հեռավորություն, հետևաբար նրանց շարժման արագությունը կարգի ալիքների է): Հետևաբար, արագության ածանցյալը ժամանակի նկատմամբ կարգի է, իսկ կոորդինատների նկատմամբ՝ կարգի։ Այսպիսով, պայմանը համարժեք է պահանջին։

այսինքն՝ ալիքի տատանումների ամպլիտուդը պետք է փոքր լինի ալիքի երկարության համեմատ։ § 9-ում մենք տեսանք, որ եթե շարժման հավասարման տերմինը կարող է անտեսվել, ապա հեղուկի 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. դնելով և մուտքագրելով տերմինը գրավիտացիոն դաշտում, մենք ստանում ենք.

(12,2)

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

Մենք կնշանակենք - հեղուկի մակերևույթի կետերի կոորդինատը. x, y և t ժամանակի կոորդինատների ֆունկցիան է։ Հավասարակշռության մեջ, ուստի հեղուկի մակերեսի ուղղահայաց տեղաշարժ կա նրա տատանումների ժամանակ:

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

Հաստատունը կարող է վերացվել պոտենցիալը վերասահմանելով (դրան կոորդինատից անկախ մեծություն ավելացնելով: Այնուհետև հեղուկի մակերեսի վիճակը ձևավորվում է.

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

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

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

Դիտարկենք առանցքի երկայնքով տարածվող գրավիտացիոն ալիքը և նման ալիքում առանցքի երկայնքով միատեսակ, բոլոր մեծությունները կախված չեն y կոորդինատից: Մենք կփնտրենք լուծում, որը ժամանակի պարզ պարբերական ֆունկցիա է և կոորդինացնում է x.

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

Նրա լուծույթը, որը քայքայվում է հեղուկի խորքում (այսինքն՝ ժամը).

Մենք պետք է բավարարենք նաև սահմանային պայմանը (12.5), փոխարինելով դրա մեջ (12.5), մենք գտնում ենք b հաճախականության հարաբերությունը ալիքի վեկտորով (կամ, ինչպես ասում են, ալիքների ցրման օրենքը).

Հեղուկի մեջ արագությունների բաշխումը ստացվում է կոորդինատների երկայնքով ներուժը տարբերակելով.

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

Եկեք որոշենք նաև ալիքի հեղուկ մասնիկների հետագիծը: Եկեք ժամանակավորապես նշենք x, z-ով շարժվող հեղուկ մասնիկի կոորդինատները (և ոչ թե տարածության ֆիքսված կետի կոորդինատները), այլ - x արժեքներով մասնիկի հավասարակշռության դիրքի համար: Այնուհետև (12.8)-ի աջ կողմում կարելի է մոտավորապես գրել a-ն՝ օգտվելով տատանումների փոքրությունից: Ժամանակի ընթացքում ինտեգրումը տալիս է.

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

Ալիքի տարածման U արագությունը, ինչպես ցույց կտանք § 67-ում, այստեղ փոխարինելով՝ մենք գտնում ենք, որ գրավիտացիոն ալիքների տարածման արագությունը անսահման խորը հեղուկի անսահմանափակ մակերևույթի վրա է.

Այն աճում է ալիքի երկարության աճով:

Երկար գրավիտացիոն ալիքներ

Հաշվի առնելով գրավիտացիոն ալիքները, որոնց երկարությունը փոքր է հեղուկի խորության համեմատ, այժմ անդրադառնանք ալիքների հակառակ սահմանափակող դեպքին, որոնց երկարությունը մեծ է հեղուկի խորության համեմատ։

Նման ալիքները կոչվում են երկար ալիքներ:

Եկեք նախ դիտարկենք երկար ալիքների տարածումը ալիքում: Ալիքի երկարությունը (ուղղված x առանցքի երկայնքով) կհամարվի անսահմանափակ: Ալիքի հատվածը կարող է ունենալ կամայական ձև և կարող է տատանվել իր երկարությամբ: Հեղուկի խաչմերուկի տարածքը ալիքում նշվում է ալիքի խորությունը և լայնությունը ալիքի երկարության համեմատ փոքր են:

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

Պարզապես նշելով v և բաց թողնելով փոքր անդամները, մենք կարող ենք գրել Էյլերի հավասարման - բաղադրիչը ձևով.

և - բաղադրիչ - ձևով

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

Այս արտահայտությունը փոխարինելով առաջին հավասարման մեջ՝ ստանում ենք.

Երկու անհայտների որոշման երկրորդ հավասարումը կարող է ստացվել այնպիսի մեթոդով, որը նման է շարունակականության հավասարման ածանցմանը: Այս հավասարումը, ըստ էության, շարունակականության հավասարումն է, որը կիրառվում է դիտարկվող գործի նկատմամբ: Դիտարկենք հեղուկի ծավալը, որը փակված է միմյանցից հեռավորության վրա գտնվող ալիքի խաչմերուկի երկու հարթությունների միջև: Ժամանակի միավորի համար հեղուկի ծավալը կմտնի մի հարթության միջով, իսկ ծավալը դուրս կգա մյուս հարթությունից: Հետևաբար, երկու հարթությունների միջև հեղուկի ծավալը կփոխվի

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության շրջանակներում Ալբերտ Էյնշտեյնի կատարած տեսական կանխատեսումից հարյուր տարի անց գիտնականները կարողացան հաստատել գրավիտացիոն ալիքների առկայությունը։ Սկսվում է խորը տիեզերքի ուսումնասիրության սկզբունքորեն նոր մեթոդի՝ գրավիտացիոն-ալիքային աստղագիտության դարաշրջանը:

Բացահայտումները տարբեր են. Դրանք պատահական են, աստղագիտության մեջ՝ սովորական։ Կան մի քանի ոչ բոլորովին պատահականներ, որոնք պատրաստված են զգույշ «տարածքը սանրելու» արդյունքում, ինչպես, օրինակ, Ուիլյամ Հերշելի կողմից Ուրանի հայտնաբերումը։ Սերենդիպություններ կան. երբ մի բան էին փնտրում և մեկ ուրիշ բան գտան. օրինակ՝ հայտնաբերեցին Ամերիկան: Սակայն ծրագրված հայտնագործությունները գիտության մեջ առանձնահատուկ տեղ են զբաղեցնում։ Դրանք հիմնված են հստակ տեսական կանխատեսումների վրա։ Այն, ինչ կանխատեսվում է, հիմնականում փնտրում է տեսությունը հաստատելու համար։ Նման հայտնագործությունները ներառում են Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումը Մեծ հադրոնային կոլայդերում և գրավիտացիոն ալիքների գրանցումը LIGO լազերային-ինտերֆերոմետրիկ գրավիտացիոն ալիքային աստղադիտարանի միջոցով: Բայց տեսականորեն կանխատեսվող ինչ-որ երևույթ գրանցելու համար պետք է բավականին լավ հասկանալ, թե կոնկրետ ինչ և որտեղ նայել, ինչպես նաև ինչ գործիքներ են անհրաժեշտ դրա համար։

Գրավիտացիոն ալիքները ավանդաբար կոչվում են հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխատեսում (GR), և դա իսկապես այդպես է (չնայած այժմ նման ալիքները առկա են բոլոր մոդելներում, որոնք այլընտրանք են GR-ին կամ լրացնում են այն): Ալիքների առաջացումը պայմանավորված է գրավիտացիոն փոխազդեցության տարածման արագության վերջավորությամբ (ընդհանուր հարաբերականության մեջ այս արագությունը ճիշտ հավասար է լույսի արագությանը)։ Նման ալիքները աղբյուրից տարածվող տարածական ժամանակի շեղումներ են։ Գրավիտացիոն ալիքների առաջացման համար անհրաժեշտ է, որ աղբյուրը զարկի կամ արագանա, բայց որոշակի ձևով։ Ասենք կատարյալ գնդաձեւ կամ գլանաձեւ համաչափությամբ շարժումները հարմար չեն։ Նման աղբյուրները շատ են, բայց հաճախ դրանք ունեն փոքր զանգված՝ անբավարար հզոր ազդանշան ստեղծելու համար։ Ի վերջո, գրավիտացիան չորս հիմնարար փոխազդեցություններից ամենաթույլն է, ուստի գրավիտացիոն ազդանշան գրանցելը շատ դժվար է։ Բացի այդ, գրանցման համար անհրաժեշտ է, որ ազդանշանը ժամանակի ընթացքում արագ փոխվի, այսինքն՝ ունենա բավականաչափ բարձր հաճախականություն։ Հակառակ դեպքում մենք չենք կարողանա գրանցել այն, քանի որ փոփոխությունները չափազանց դանդաղ են լինելու։ Սա նշանակում է, որ առարկաները նույնպես պետք է կոմպակտ լինեն։

Սկզբում մեծ խանդավառություն առաջացավ գերնոր աստղերի պայթյուններից, որոնք տեղի են ունենում մեր նման գալակտիկաներում ամեն մի քանի տասնամյակը մեկ: Սա նշանակում է, որ եթե դուք կարող եք հասնել այնպիսի զգայունության, որը թույլ է տալիս տեսնել ազդանշանը մի քանի միլիոն լուսային տարվա հեռավորությունից, ապա կարող եք հաշվել տարեկան մի քանի ազդանշանների վրա: Բայց ավելի ուշ պարզվեց, որ գերնոր աստղի պայթյունի ժամանակ գրավիտացիոն ալիքների տեսքով էներգիայի արտանետման ուժի նախնական գնահատականները չափազանց լավատեսական էին, և այդպիսի թույլ ազդանշան կարող էր գրանցվել միայն այն դեպքում, եթե մեր Գալակտիկայի մեջ գերնոր ժայթքած լիներ:

Արագ շարժվող զանգվածային կոմպակտ օբյեկտների մեկ այլ տարբերակ նեյտրոնային աստղերն են կամ սև խոռոչները: Մենք կարող ենք տեսնել կա՛մ դրանց ձևավորման ընթացքը, կա՛մ միմյանց հետ փոխգործակցության ընթացքը։ Աստղային միջուկների փլուզման վերջին փուլերը, որոնք հանգեցնում են կոմպակտ օբյեկտների ձևավորմանը, ինչպես նաև նեյտրոնային աստղերի և սև խոռոչների միաձուլման վերջին փուլերը, տևում են մի քանի միլիվայրկյանների կարգով (որը համապատասխանում է հարյուրավոր հաճախականությանը։ հերց) - հենց այն, ինչ ձեզ հարկավոր է: Միևնույն ժամանակ, շատ էներգիա է ազատվում, ներառյալ (և երբեմն հիմնականում) գրավիտացիոն ալիքների տեսքով, քանի որ զանգվածային կոմպակտ մարմինները կատարում են որոշակի արագ շարժումներ: Սրանք են մեր իդեալական աղբյուրները:

Ճիշտ է, մի քանի տասնամյակը մեկ Գալակտիկայում հայտնվում են գերնոր աստղեր, նեյտրոնային աստղերի միաձուլումը տեղի է ունենում տասնյակ հազարավոր տարին մեկ անգամ, իսկ սև խոռոչները նույնիսկ ավելի հազվադեպ են միաձուլվում միմյանց հետ: Բայց ազդանշանը շատ ավելի հզոր է, և դրա բնութագրերը կարելի է բավականին ճշգրիտ հաշվարկել: Բայց հիմա մենք պետք է սովորենք, թե ինչպես կարելի է ազդանշան տեսնել մի քանի հարյուր միլիոն լուսային տարվա հեռավորությունից, որպեսզի ծածկենք մի քանի տասնյակ հազար գալակտիկաներ և հայտնաբերենք տարեկան մի քանի ազդանշան:

Որոշելով աղբյուրները, եկեք սկսենք նախագծել դետեկտորը: Դա անելու համար դուք պետք է հասկանաք, թե ինչ է անում գրավիտացիոն ալիքը: Առանց մանրամասնելու կարող ենք ասել, որ գրավիտացիոն ալիքի անցումը առաջացնում է մակընթացային ուժ (սովորական լուսնային կամ արևային մակընթացությունները առանձին երևույթ են, և գրավիտացիոն ալիքները դրա հետ կապ չունեն)։ Այսպիսով, դուք կարող եք վերցնել, օրինակ, մետաղյա գլան, սարքավորել սենսորներով և ուսումնասիրել դրա թրթռումները: Դժվար չէ, հետևաբար, նման տեղադրումները սկսեցին պատրաստվել կես դար առաջ (դրանք նաև Ռուսաստանում են, այժմ տեղադրվում է բարելավված դետեկտոր, որը մշակվել է Մոսկվայի պետական ​​\u200b\u200bճարտարապետության և քաղաքացիական ճարտարագիտության համալսարանի Վալենտին Ռուդենկոյի թիմի կողմից: Բաքսանի ստորգետնյա լաբորատորիայում): Խնդիրն այն է, որ նման սարքը ազդանշանը կտեսնի առանց գրավիտացիոն ալիքների։ Կան տոննա ձայներ, որոնց հետ դժվար է հաղթահարել: Հնարավոր է (և դա արվել է!) Դետեկտորը գետնի տակ տեղադրելու համար փորձեք մեկուսացնել այն, սառեցնել մինչև ցածր ջերմաստիճան, բայց միևնույն է, աղմուկի մակարդակը գերազանցելու համար շատ հզոր գրավիտացիոն ալիքային ազդանշան է ստացվում. անհրաժեշտ է. Իսկ ուժեղ ազդանշանները հազվադեպ են լինում:

Ուստի ընտրություն կատարվեց հօգուտ այլ սխեմայի, որն առաջ քաշեցին Վլադիսլավ Պուստովոյտը և Միխայիլ Հերցենշտեյնը 1962 թ. ZhETF-ում (Journal of Experimental and Theoretical Physics) հրապարակված հոդվածում նրանք առաջարկել են օգտագործել Michelson ինտերֆերոմետր գրավիտացիոն ալիքները գրանցելու համար։ Լազերային ճառագայթը անցնում է ինտերֆերոմետրի երկու թևերի հայելիների միջև, այնուհետև ավելացվում են տարբեր թեւերի ճառագայթները: Ճառագայթների միջամտության արդյունքը վերլուծելով՝ հնարավոր է չափել թեւերի երկարության հարաբերական փոփոխությունը։ Սրանք շատ ճշգրիտ չափումներ են, այնպես որ, եթե դուք հաղթահարեք աղմուկը, կարող եք հասնել ֆանտաստիկ զգայունության:

1990-ականների սկզբին որոշվեց այս սխեմայով մի քանի դետեկտորներ կառուցել։ Առաջինը ծառայության մեջ մտան համեմատաբար փոքր միավորներ՝ GEO600-ը Եվրոպայում և TAMA300-ը՝ Ճապոնիայում (թվերը համապատասխանում են ձեռքերի երկարությանը մետրերով) տեխնոլոգիայի գործարկման համար: Բայց հիմնական խաղացողները պետք է լինեին LIGO ինստալյացիաները ԱՄՆ-ում և VIRGO ինստալյացիաները Եվրոպայում։ Այս սարքերի չափերն արդեն չափվում են կիլոմետրերով, և վերջնական պլանավորված զգայունությունը պետք է թույլ տար տեսնել տարեկան տասնյակ, եթե ոչ հարյուրավոր իրադարձություններ:

Ինչու են անհրաժեշտ մի քանի հարմարանքներ: Հիմնականում խաչաձև վավերացման համար, քանի որ առկա է տեղայնացված աղմուկ (օրինակ՝ սեյսմիկ): Ազդանշանի միաժամանակյա գրանցումը ԱՄՆ-ի հյուսիս-արևմուտքում և Իտալիայում հիանալի ապացույց կլինի դրա արտաքին ծագման մասին: Բայց կա նաև երկրորդ պատճառը. գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորները շատ վատ են որոշում աղբյուրի ուղղությունը: Բայց եթե կան մի քանի հեռավոր դետեկտորներ, ապա հնարավոր կլինի բավականին ճշգրիտ նշել ուղղությունը։

Լազերային հսկաներ

Իր սկզբնական տեսքով LIGO դետեկտորները կառուցվել են 2002 թվականին, իսկ VIRGO դետեկտորները՝ 2003 թվականին։ Ըստ պլանի՝ սա միայն առաջին փուլն էր։ Բոլոր կայանքները շահագործվել են մի քանի տարի, իսկ 2010-2011 թվականներին դրանք դադարեցվել են վերանայման նպատակով, որպեսզի հասնեն նախատեսված բարձր զգայունությանը։ LIGO դետեկտորները առաջին անգամ գործարկվել են 2015 թվականի սեպտեմբերին, VIRGO-ն պետք է միանա 2016 թվականի երկրորդ կեսին, և այս փուլից սկսած՝ զգայունությունը թույլ է տալիս հուսալ, որ գրանցելու ենք տարեկան առնվազն մի քանի իրադարձություն:

LIGO-ի մեկնարկից ի վեր, պայթյունների ակնկալվող արագությունը ամսական մոտավորապես մեկ իրադարձություն էր: Աստղաֆիզիկոսները նախապես գնահատել են, որ առաջին սպասվող իրադարձությունները պետք է լինեն սև խոռոչների միաձուլումը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ սև խոռոչները սովորաբար տասն անգամ ավելի ծանր են, քան նեյտրոնային աստղերը, ազդանշանն ավելի հզոր է և այն «տեսանելի» է մեծ հեռավորություններից, ինչը ավելի քան փոխհատուցում է մեկ գալակտիկայի համար իրադարձությունների ավելի ցածր արագության համար: Բարեբախտաբար, մենք երկար սպասելու կարիք չունեինք։ 201 թվականի սեպտեմբերի 14-ին 5 երկու կայանքներն էլ գրանցեցին գրեթե նույն ազդանշանը, որը ստացավ GW150914 անվանումը:

Բավականին պարզ վերլուծությամբ դուք կարող եք ստանալ այնպիսի տվյալներ, ինչպիսիք են սև անցքերի զանգվածը, ազդանշանի ուժգնությունը և աղբյուրի հեռավորությունը: Սև անցքերի զանգվածը և չափերը կապված են շատ պարզ և հայտնի ձևով, և ազդանշանի հաճախականությունից կարելի է անմիջապես գնահատել էներգիայի արտանետման շրջանի չափը: Այս դեպքում չափը ցույց էր տալիս, որ 25-30 և 35-40 արեգակնային զանգված ունեցող երկու անցքերից առաջացել է 60-ից ավելի արեգակնային զանգված ունեցող սև խոռոչ։ Իմանալով այս տվյալները՝ դուք կարող եք ստանալ պայթյունի ողջ էներգիան: Արեգակնային գրեթե երեք զանգված անցել է գրավիտացիոն ճառագայթման: Սա համապատասխանում է Արեգակի 1023 լուսավորության պայծառությանը, մոտավորապես նույնն է, ինչ այս ժամանակի ընթացքում (վայրկյան հարյուրերորդական) տիեզերքի տեսանելի մասի բոլոր աստղերն արձակում են: Իսկ հայտնի էներգիայից և չափված ազդանշանի մեծությունից ստացվում է հեռավորությունը։ Միաձուլված մարմինների մեծ զանգվածը թույլ տվեց գրանցել մի իրադարձություն, որը տեղի է ունեցել հեռավոր գալակտիկայում. ազդանշանը մեզ մոտ գնաց մոտ 1,3 միլիարդ տարի:

Ավելի մանրամասն վերլուծությունը թույլ է տալիս պարզաբանել սև խոռոչների զանգվածային հարաբերակցությունը և հասկանալ, թե ինչպես են դրանք պտտվել իրենց առանցքի շուրջ, ինչպես նաև որոշել որոշ այլ պարամետրեր: Բացի այդ, երկու կայանքներից ստացվող ազդանշանը հնարավորություն է տալիս մոտավորապես որոշել պայթելու ուղղությունը: Ցավոք սրտի, մինչ այժմ այստեղ ճշգրտությունն այնքան էլ բարձր չէ, բայց թարմացված ԿՈՒՅՍ-ի գործարկման հետ այն կավելանա։ Իսկ մի քանի տարի անց ճապոնական KAGRA դետեկտորը կսկսի ազդանշաններ ստանալ։ Այնուհետև LIGO դետեկտորներից մեկը (սկզբում երեքն էր, կայանքներից մեկը՝ երկակի) կհավաքվի Հնդկաստանում, և ակնկալվում է, որ հետո տարեկան կգրանցվեն տասնյակ իրադարձություններ։

Նոր աստղագիտության դարաշրջան

Առայժմ LIGO-ի աշխատանքի ամենակարեւոր արդյունքը գրավիտացիոն ալիքների գոյության հաստատումն է։ Բացի այդ, հենց առաջին պոռթկումը հնարավորություն տվեց բարելավել գրավիտոնի զանգվածի սահմանափակումները (ընդհանուր հարաբերականության մեջ այն ունի զրոյական զանգված), ինչպես նաև ավելի խիստ սահմանափակել գրավիտոնի տարածման արագության և լույսի արագության տարբերությունը։ Սակայն գիտնականները հույս ունեն, որ 2016 թվականին նրանք կկարողանան աստղաֆիզիկական բազմաթիվ նոր տվյալներ ստանալ՝ օգտագործելով LIGO-ն և VIRGO-ն:

Նախ, գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարանների տվյալները նոր ալիք են սև խոռոչների ուսումնասիրության համար: Եթե ​​նախկինում հնարավոր էր միայն դիտարկել նյութի հոսքերը այս օբյեկտների մոտակայքում, ապա այժմ դուք կարող եք ուղղակիորեն «տեսնել» առաջացող սև խոռոչի միաձուլման և «հանգստացնելու» գործընթացը, ինչպես է նրա հորիզոնը թրթռում, ստանձնելով իր վերջնական ձևը ( որոշվում է ռոտացիայի միջոցով): Հավանաբար, մինչև սև խոռոչների Հոքինգի գոլորշիացման հայտնաբերումը (առայժմ այս գործընթացը մնում է հիպոթեզ), միաձուլումների ուսումնասիրությունը լավագույն ուղղակի տեղեկատվություն կտա դրանց մասին։

Երկրորդ, նեյտրոնային աստղերի միաձուլման դիտարկումները շատ նոր, ծայրահեղ անհրաժեշտ տեղեկատվությունըայս օբյեկտների մասին. Առաջին անգամ մենք կկարողանանք ուսումնասիրել նեյտրոնային աստղերը այնպես, ինչպես ֆիզիկոսներն են ուսումնասիրում մասնիկները. դիտարկել նրանց բախումները, որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես են նրանք աշխատում ներսում: Նեյտրոնային աստղերի աղիքների կառուցվածքի առեղծվածը անհանգստացնում է թե՛ աստղաֆիզիկոսներին, թե՛ ֆիզիկոսներին։ Միջուկային ֆիզիկայի և գերբարձր խտության դեպքում նյութի վարքագծի մեր ըմբռնումը թերի է առանց այս խնդրին անդրադառնալու: Հավանական է, որ գրավիտացիոն ալիքային դիտարկումներն այստեղ առանցքային դեր կխաղան:

Ենթադրվում է, որ նեյտրոնային աստղերի միաձուլումը պատասխանատու է կարճ տիեզերական գամմա ճառագայթների պոռթկումների համար: Հազվագյուտ դեպքերում հնարավոր կլինի միաժամանակ դիտել իրադարձություն ինչպես գամմա տիրույթում, այնպես էլ գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորների վրա (հազվադեպությունը պայմանավորված է նրանով, որ, նախ, գամմա ազդանշանը կենտրոնացած է շատ նեղ ճառագայթում, և դա այդպես չէ. միշտ ուղղված է մեզ, բայց երկրորդը, մենք չենք գրանցի գրավիտացիոն ալիքներ շատ հեռավոր իրադարձություններից): Ըստ երևույթին, մի քանի տարի կպահանջվի դա տեսնելու համար (չնայած, ինչպես միշտ, ձեր բախտը կարող է բերել, և դա տեղի կունենա հենց այսօր): Հետո, ի թիվս այլ բաների, մենք կկարողանանք շատ ճշգրիտ համեմատել ձգողության արագությունը լույսի արագության հետ։

Այսպիսով, լազերային ինտերֆերոմետրերը միասին կաշխատեն որպես մեկ գրավիտացիոն ալիքային աստղադիտակ՝ նոր գիտելիքներ հաղորդելով ինչպես աստղաֆիզիկոսներին, այնպես էլ ֆիզիկոսներին: Դե, առաջին պոռթկումների բացահայտման և դրանց վերլուծության համար վաղ թե ուշ շնորհվելու է արժանի Նոբելյան մրցանակը։

Հիմնական տարբերությունն այն է, որ եթե ձայնին անհրաժեշտ է այնպիսի միջավայր, որտեղ նա շարժվում է, ապա գրավիտացիոն ալիքները շարժում են շրջակա 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։ Այժմ LIGO-ն ունի երկու դետեկտոր, որոնք «ականջ» են կատարում գիտնականների համար, և ապագայում ավելի շատ դետեկտորներ կլինեն: Եվ եթե LIGO-ն առաջինն է, ով կգտնի այն, ակնհայտ է, որ այն 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 կմտնեն ալիքների որսի մեջ այնպիսի հաճախականությամբ, որի համար նախատեսված չէ LIGO-ն:

Mingarelli-ն աշխատում է NanoGRAV-ի (Հյուսիսային Ամերիկայի Նանոհերցի գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարանի) համագործակցության հետ, որը մի մեծ 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 ռեժիմում; LIGO-ի զգայունությունը գտնվում է սպեկտրի կիլոհերց (լսելի) մասում՝ փնտրելով շատ երկար ալիքներ:


Այս համագործակցությունը հիմնված է պուլսարի տվյալների վրա, որոնք հավաքագրվել են Պուերտո Ռիկոյի Արեսիբո աստղադիտարանի և Արևմտյան Վիրջինիայի Գրին Բանկ աստղադիտակի կողմից: Պուլսարները արագ պտտվող նեյտրոնային աստղեր են, որոնք ձևավորվում են, երբ Արեգակից մեծ աստղերը պայթում են և փլվում իրենց մեջ: Նրանք ավելի ու ավելի արագ են պտտվում, երբ կծկվում են, ճիշտ այնպես, ինչպես պարանի վերջում քաշն ավելի արագ է պտտվում, որքան կարճանում է պարանը:

Նրանք նաև ճառագայթման հզոր պայթյուններ են արձակում, երբ պտտվում են, ինչպես փարոսը, որոնք հայտնաբերվում են որպես լույսի իմպուլսներ Երկրի վրա: Եվ այս պարբերական պտույտը չափազանց ճշգրիտ է` գրեթե նույնքան ճշգրիտ, որքան ատոմային ժամացույցը: Դա նրանց դարձնում է իդեալական տիեզերական գրավիտացիոն ալիքների 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 կծկվում է. գրավիտացիոն ալիքներ.

NanoGRAV-ի դեպքում ծխացող ատրճանակը կունենա մի տեսակ թարթում: Իմպուլսները պետք է գան միևնույն ժամանակ, բայց եթե գրավիտացիոն ալիքը դիպչի նրանց, դրանք կգան մի փոքր շուտ կամ ուշ, քանի որ տարածություն-ժամանակը կծկվում կամ ձգվում է ալիքի անցնելու ընթացքում:

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

Եվ հետո կա LISA (Laser Interferometer Space Antenna) տիեզերական առաքելությունը: Երկրի վրա LIGO-ն հիանալի է հայտնաբերում գրավիտացիոն ալիքները, որոնք համարժեք են լսելի ձայնի սպեկտրի մասերին, ինչպիսիք են մեր միաձուլվող սև խոռոչների արդյունքում առաջացածները: Սակայն այս ալիքների շատ հետաքրքիր աղբյուրներ արտադրում են ցածր հաճախականություններ: Ուստի ֆիզիկոսները պետք է տիեզերք մեկնեն՝ դրանք հայտնաբերելու համար: Ներկայիս LISA Pathfinder () առաքելության հիմնական խնդիրն է ստուգել դետեկտորի աշխատանքը: «LIGO-ի միջոցով դուք կարող եք կանգնեցնել գործիքը, բացել վակուումը և շտկել այն», - ասում է MIT-ի մասնագետ Սքոթ Հյուզը: «Բայց տիեզերքում ոչինչ բացել չես կարող։ Մենք պետք է դա անենք անմիջապես, որպեսզի այն լավ աշխատի»:

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

Վերջապես, կան երկու փորձեր, որոնք նախատեսված են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի վրա առաջնային գրավիտացիոն ալիքների թողած ոտնահետքերի որոնման համար (Big Bang afterglow). BICEP2 և Planck արբանյակային առաքելությունը: BICEP2-ը մեկի հայտնաբերման մասին հայտարարեց 2014 թվականին, սակայն պարզվեց, որ ազդանշանը կեղծ է (մեղավորը տիեզերական փոշին է)։

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

Գրավիտացիոն ալիքների չորս եղանակներից յուրաքանչյուրը աստղագետների համար չորս նոր պատուհան կբացի դեպի տիեզերք:

Բայց մենք գիտենք, թե ինչ եք մտածում. ժամանակն է սկսել Warp Drive-ը, տղերք: LIGO-ի բացումը կօգնի՞ հաջորդ շաբաթ Մահվան աստղի կառուցմանը: Իհարկե ոչ. Բայց որքան լավ հասկանանք գրավիտացիան, այնքան ավելի լայն կհասկանանք, թե ինչպես կարելի է նման բաներ կառուցել: 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 սեփական հնարավորություններին: