Зарегистрированы гравитационные волны от еще одной пары столкнувшихся черных дыр
15 июня 2016 года в 20 часов 15 минут по московскому времени в ходе пресс-брифинга, проходившего в Москве (ГАИШ МГУ) и Сан-Диего (Американское астрономическое общество) было объявлено, что 26 декабря 2015 года ученые во второй раз обнаружили гравитационные волны — возмущения метрики пространства-времени. Волны были зарегистрированы обоими детекторами Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO — Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory), расположенными в Ливингстоне, штат Луизиана, и в Хэнфорде, штат Вашингтон, США. «Второе детектирование гравитационных волн от сливающихся черных дыр детекторами LIGO очень важно. Фундамент для создания гравитационно-волновой астрономии становится крепче и надежнее», — говорит профессор физического факультета МГУ Валерий Митрофанов.
Исследования в LIGO осуществляются в рамках научной коллаборации LIGO (LSC — LIGO Scientific Collaboration) коллективом из более 1000 ученых из университетов Соединенных Штатов и 14 других стран, включая Россию. В числе российских ученых из коллаборации LIGO — сотрудники физического факультета МГУ: руководитель московской группы, профессор кафедры физики колебаний Валерий Митрофанов, профессора физического факультета Игорь Биленко, Сергей Вятчанин, Михаил Городецкий, Фарид Халили, Сергей Стрыгин, ассистент Леонид Прохоров. В разработке детекторов и анализе данных участвуют более 90 университетов и научно-исследовательских институтов. Существенный вклад также вносит участие около 250 студентов. Сеть детекторов LSC включает интерферометры LIGO и детектор GEO600.
«Важно то, что второй сигнал был порожден черными дырами с относительно небольшими массами, что гораздо лучше соответствует предсказаниям астрофизиков. Теперь мы можем быть более уверены в том, что первое событие не было редчайшим исключением», — сообщает профессор физического факультета МГУ Фарид Халили.
«Гравитационные волны — эти летящие кусочки кривизны пространства-времени — из экзотики стали источником новой информации о Вселенной и открыли эру гравитационной астрономии», — образно описывает ситуацию профессор физического факультета МГУ Сергей Вятчанин.
В отличие от сигнала, зарегистрированного при первом детектировании гравитационных волн, который был ясно виден на фоне шума, второй сигнал был слабее и не просматривался в шуме явно. Однако ученым удалось его «отфильтровать» с помощью специальной методики. Физики пришли к выводу, что обнаруженные гравитационные волны опять были порождены двумя черными дырами, имеющими массы в 14 и 8 раз больше массы Солнца, в последние доли секунды их слияния с образованием одной, более массивной вращающейся черной дыры, масса которой в 21 раз превышает массу Солнца.
В процессе слияния, которое произошло около 1,4 миллиарда лет назад, количество энергии, примерно эквивалентное одной солнечной массе, превратилось в гравитационные волны. Был зарегистрирован сигнал от последних 27 оборотов черных дыр перед их слиянием. Детектор в Ливингстоне записал событие на 1,1 миллисекунды раньше детектора в Хэнфорде, что позволяет дать грубую оценку расположения источника на небесной сфере.
Первое обнаружение гравитационных волн, объявленное 11 февраля 2016 года, явилось важной вехой в развитии физики. Оно подтвердило предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна, сделанное в 1915 году, и ознаменовало начало новой области гравитационно-волновой астрономии. Регистрация двух сигналов в течение четырех месяцев первого цикла наблюдений детекторов Advanced LIGO позволят предсказывать, насколько часто будут обнаруживаться сигналы гравитационных волн в будущем. Оба открытия стали возможными благодаря более совершенным детекторам Advanced LIGO, которые более чувствительны, чем детекторы первого поколения LIGO и позволяют значительно увеличить объем зондируемой Вселенной. Следующий цикл наблюдений намечен на осень нынешнего года. Ожидается, что к тому времени дальнейшее улучшение чувствительности детекторов позволит LIGO увеличить объем зондируемой Вселенной в 1,5–2 раза. Также ожидается, что во второй половине этого цикла наблюдений вступит в строй детектор Virgo.
«Новый результат знаменует превращение чрезвычайно дорогого научного эксперимента LIGO в инструмент для непрерывного извлечения иначе недоступной информации об устройстве Вселенной», — говорит профессор физического факультета МГУ Михаил Городецкий.
«Повторное обнаружение гравитационных волн даёт мощный импульс для создания по всему миру гравитационно-волновых детекторов нового поколения для дальнейшего исследования манящей Вселенной», — подытоживает доцент физического факультета МГУ Сергей Стрыгин.
О Московской группе LSC
Россия представлена в LSС двумя научными коллективами: группой физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова и группой Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород).
Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял член-корреспондент РАН Владимир Борисович Брагинский — всемирно известный ученый, один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. В состав научной группы входят профессора кафедры физики колебаний: И.А. Биленко, С.П. Вятчанин, М.Л. Городецкий, В.П. Митрофанов, Ф.Я. Халили, доцент С.Е. Стрыгин и ассистент Л.Г. Прохоров. Неоценимый вклад в исследования вносят студенты, аспиранты и технический персонал кафедры.
Группа Московского университета участвует в проекте с 1992 года. С самого начала основные усилия были направлены на повышение чувствительности гравитационно-волновых детекторов, определение фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений чувствительности, на разработку новых методов измерений. Теоретические и экспериментальные исследования российских ученых нашли свое воплощение при создании детекторов, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр.
В настоящее время коллектив научной группы Московского университета активно участвует в разработке гравитационно-волновых детекторов следующего поколения, которые придут на смену нынешним детекторам и обеспечат значительное увеличение их чувствительности, что позволит практически ежедневно обнаруживать гравитационно-волновые сигналы. Одним из таких проектов является LIGO-Voyager, в котором предполагается использовать 150-кг пробные массы, изготовленные из монокристаллического кремния, охлаждаемые до температур около 120 К, а также значительно увеличить оптическую мощность в плечах интерферометра, использовать сжатый свет. Важным направлением исследований для увеличения чувствительности гравитационно-волновых детекторов является переход от традиционной схемы интерферометра, в которой регистрируются смещения пробных масс-зеркал, к новым схемам, позволяющим лучше подавлять квантовые флуктуации света, например, к предложенной группой Московского университета схеме квантового измерителя скорости пробных масс. Прототип такого детектора создается в университете г. Глазго.
О LIGO
Обсерватория LIGO была задумана, построена и эксплуатируется Калифорнийским и Массачусетским технологическими институтами (Caltech и MIT) и финансируется Национальным научным фондом (NSF) США. Открытие, сообщение о котором принято к публикации в журнале Physical Review Letters, было сделано на основе показаний этих двух детекторов совместно научной коллаборацией LIGO (она включает в себя также коллаборацию GEO и Австралийский консорциум интерферометрической гравитационной астрономии) и коллаборацией Virgo.
О VIRGO
Коллаборация VIRGO состоит из более чем 250 физиков и инженеров, принадлежащих к 19 различным европейским исследовательским группам: 6 из Национального центра научных исследований (CNRS) Франции; 8 из Национального института ядерной физики (INFN) Италии; 2 из Нидерландов (Nikhef); (Wigner RCP) из Венгрии; группой POLGRAW из Польши и Европейской гравитационной обсерваторией (EGO), которая обеспечивает работу детектора VIRGO недалеко от Пизы в Италии.
Источник: МГУ имени М.В.Ломоносова.