Четвертый гравитационно-волновой всплеск

Где-то там, в области, отмеченной на карте звездного неба желтым овалом, на расстоянии около 500 мегапарсек от нас произошла грандиозная космическая катастрофа — слияние двух черных дыр с массами около 30 солнечных масс в одну, еще более массивную черную дыру. Хотя он и не сопровождался вспышкой света, этот катаклизм буквально взорвал пространство вокруг себя. За доли секунды почти три солнечных массы превратились в энергию и выплеснулись в окружающее пространство в виде мощнейшего гравитационно-волнового всплеска — и этот гравитационный грохот разошелся по всей Вселенной.

Почти два миллиарда лет спустя, изрядно ослабевший, но сохранивший свой характерный частотно-амплитудный профиль, он достиг и Земли. И случилось это не в эпоху динозавров или человекообразных обезьян, не в Древнем Египте и даже не в XX веке, когда мы всё равно не смогли бы его зарегистрировать, — а именно сейчас, в середине августа 2017 года, ровно в тот короткий период наблюдений, когда сразу три гравитационно-волновых детектора прислушивались к гравитационному звучанию Вселенной. К двум инструментам обновленной обсерватории LIGO, уже прославившейся полтора года назад первым обнаружением гравитационных волн, присоединился в начале августа третий — европейский гравитационно-волновой детектор Virgo. Пришедший всплеск — он получил кодовый номер GW170814 — зафиксировали все три детектора. И уже месяц спустя, 27 сентября, на специальной пресс-конференции представители коллаборации Virgo с гордостью рассказывали об этом событии и о той роли, которую сыграл их детектор. Пресс-релиз размещен на сайте коллаборации, там же можно найти и научную статью коллабораций LIGO и Virgo, посвященную GW170814, а также дополнительные материалы, включая и интерактивную карту звездного неба.

Хотя чувствительность Virgo пока заметно хуже, чем у детекторов LIGO, его запуска и совместного сеанса работы трех детекторов физики ждали с нетерпением. Дело в том, что с двумя детекторами нельзя даже приблизительно установить, откуда пришла к нам гравитационная волна. Взгляните снова на карту звездного неба: голубая область, изогнувшаяся на полнеба, — это то, что смогли бы сказать два детектора LIGO относительно направления прихода всплеска. Но с добавлением третьего детектора, пусть даже с худшей чувствительностью, локализация источника всплеска кардинально улучшилась: площадь «подозреваемой области» на небесной сфере уменьшилась с 1160 кв. градусов до 60 кв. градусов. Старый добрый метод триангуляции, когда направление вычисляется по двум временам задержки между тремя событиями и по известной скорости волны, был применен здесь в поистине космических масштабах.

Также тройка детекторов позволила впервые прощупать и поляризацию гравитационной волны. Тем самым LIGO и Virgo выполнила еще одну проверку общей теории относительности, которая предсказывает только две тензорных поляризации — в противовес другим, более экзотическим теориям гравитации. Два инструмента обсерватории LIGO, расположенные на территории США, хотя и лежат в слегка различающихся плоскостях, но ориентированы примерно одинаково, и они не могут надежно отличить разные поляризационные возможности. Европейский же детектор Virgo ориентирован совсем иначе. В результате совместный анализ трех сигналов отдает явное предпочтение чистой тензорной поляризации, в согласии с ОТО.

Вот так, всплеск за всплеском, аккорд за аккордом, человечество прислушивается к звучанию Вселенной. Чувствительность обеих обсерваторий в ближайшее время возрастет, и им станет доступен для прослушивания еще больший объем Вселенной. И когда через пару лет гравитационно-волновые всплески будут сыпаться еженедельно и для многих из них будет обнаружен оптический сигнал, а может быть даже и нейтринный всплеск, вот тогда-то и начнется настоящая гравитационно-волновая астрономия.

См. также:
1) Гравитационные волны — открыты!, «Элементы», 11.02.2016.
2) LIGO поймала новые всплески гравитационных волн, «Элементы», 20.06.2016.

Фото с сайта www.virgo-gw.eu.

Игорь Иванов