Гравитационные волны

Сразу пять международных коллабораций радиоастрономов сообщили о детектировании гравитационного излучения наногерцовых частот, рассеянного по всему пространству Вселенной. Хотя его природа пока не ясна, а источники не выявлены, это открытие в будущем обещает радикальное расширение возможностей современной мультиканальной астрономии и астрофизики.

Американские астрофизики детально проанализировали данные о самом первом зарегистрированном слиянии черных дыр и определили площадь горизонтов событий участвовавших в нем черных дыр. Их расчеты подтверждают сформулированное Стивеном Хокингом следствие из уравнений ОТО, согласно которому площадь горизонтов черных дыр не может уменьшаться с ходом времени.

21 мая 2019 года детекторы гравитационных волн LIGO и Virgo зарегистрировали сигнал от очередного слияния пары черных дыр. Оказалось, что это слияние сильно выбивается из общего ряда. Во-первых, оно произошло рекордно далеко, а во-вторых, дыры, в нем участвовавшие, были самыми тяжелыми за все время наблюдений. Получившаяся в результате дыра массой 142 солнечных формально попадает в класс черных дыр промежуточной массы, — и это первое свидетельство образования таких черных дыр.

1 апреля, после полуторагодичной паузы, за время которой сотрудники коллабораций LIGO и Virgo, работающих с основными на текущий момент детекторами гравитационных волн, значительно улучшили их характеристики, стартовал новый сеанс гравитационно-волновых наблюдений. Планируется, что он продлится год, но первые результаты не заставили себя ждать: буквально вчера был зафиксирован кандидат на гравитационный след от слияния пары черных дыр.

Нобелевская премия по физике за 2017 год была присуждена Райнеру Вайссу, Кипу Торну, и Барри Бэришу с формулировкой «за решающий вклад в создание детектора LIGO и регистрацию гравитационных волн». Однако за тем восторгом, которым сейчас наполнены рассказы об открывающейся перед нами гравитационно-волновой астрономии, уже теряется ощущение того, насколько тернистым и извилистым был в реальности путь к открытию.

Недавно обсерватория LIGO впервые поймала гравитационные волны, испущенные в далекой галактике при слиянии двух черных дыр в одну. До слияния две черные дыры вполне могли двигаться друг вокруг друга по сильно вытянутой орбите, и это повлияло бы на форму гравитационно-волнового сигнала. Однако ученые, интерпретируя пойманные гравитационные волны, пренебрегли вытянутостью орбиты. Объясните, на основании чего физики так поступили?

Обсерватория LIGO зарегистрировала еще два всплеска гравитационных волн, — один достоверный и один возможный. Так же, как и первый зарегистрированный всплеск, они пришли от слияний черных дыр звездных масс. В каждом случае удалось, в пределах погрешностей, восстановить параметры черных дыр и положение источников излучения, а также провести первый совокупный анализ популяции таких черных дыр. Ожидается, что в ближайшие пару лет статистика возрастет на порядок, и ученые приступят к экспериментальному изучению раздела астрофизики, который в течение десятилетий оставался уделом одних лишь теоретиков.

После полувека поисков наконец-то открыты гравитационные волны, колебания самого пространства-времени, предсказанные Эйнштейном сто лет назад. 14 сентября 2015 года обновленная обсерватория LIGO зарегистрировала гравитационно-волновой всплеск, порожденный слиянием двух далеких черных дыр. Гравитационно-волновая астрономия стала полноправным разделом физики; она открыла нам новый способ наблюдать за Вселенной и позволит изучать недоступные ранее эффекты сильной гравитации.

Полгода назад эксперимент BICEP2 сообщил о наблюдении характерных особенностей в поляризации космического реликтового излучения, которые могли быть вызваны сильными гравитационными волнами, возникшими в сверхранней Вселенной на стадии космической инфляции. Впрочем, было сразу высказано подозрение, что BICEP2 недооценил вклад от гораздо более прозаичного источника той же поляризации — теплового излучения межзвездной пыли в нашей галактике. Появившиеся на днях новые данные обсерватории Planck, к сожалению, подтверждают, что результат BICEP2 можно полностью списать на галактическую пыль.

Специализированный телескоп BICEP2, работающий на Южном полюсе и измеряющий поляризацию космического микроволнового излучения, обнаружил реликтовые B-моды поляризации. Их наличие указывает на то, что по ранней Вселенной гуляли сильные гравитационные волны. Они, в свою очередь, могли возникнуть только на стадии инфляции — сверхбыстрого раздувания Вселенной, когда ей было примерно 10^–32 секунды от роду.

Вселенную заполняет гравитационно-волновой шум — беспорядочное наложение гравитационных волн, излученных в самых разных процессах за всё время жизни Вселенной. Обычно эффект от гравитационных волн ищут на специальных сверхчувствительных приборах, детекторах гравитационных волн. Авторы нового исследования пошли иным путем: они использовали данные специально выбранных сейсмометров. Им удалось получить новые оценки на интенсивность гравитационно-волнового шума Вселенной, которые в миллиард раз точнее предыдущих.