"Nedavno je niz dugotrajnih eksperimenata o izravnom promatranju gravitacijskih valova izazvao snažan interes znanstvene zajednice", napisao je teorijski fizičar Michio Kaku u svojoj knjizi Einsteinov kozmos iz 2004. godine. - Projekt LIGO (Laser Gravitational Wave Interferometer) možda će prvi "vidjeti" gravitacijske valove, najvjerojatnije od sudara dviju crnih rupa u dubokom svemiru. LIGO je ostvarenje sna fizičara, prvo postrojenje s dovoljno snage za mjerenje gravitacijskih valova."

Kakuovo predviđanje se obistinilo: u četvrtak je skupina međunarodnih znanstvenika iz opservatorija LIGO objavila otkriće gravitacijskih valova.

Gravitacijski valovi su fluktuacije u prostor-vremenu koje "bježe" od masivnih objekata (kao što su crne rupe) koji se kreću ubrzano. Drugim riječima, gravitacijski valovi su propagirajuća perturbacija prostor-vremena, tekuća deformacija apsolutne praznine.

Crna rupa je područje u prostor-vremenu čija je gravitacijska privlačnost toliko jaka da je čak ni objekti koji se kreću brzinom svjetlosti (uključujući samu svjetlost) ne mogu napustiti. Granica koja odvaja crnu rupu od ostatka svijeta naziva se horizont događaja: sve što se događa unutar horizonta događaja skriveno je od očiju vanjskog promatrača.

Erin Ryan Fotografija torte koju je Erin Ryan postavila na internet.

Znanstvenici su počeli hvatati gravitacijske valove prije pola stoljeća: tada se američki fizičar Joseph Weber zainteresirao za Einsteinovu opću teoriju relativnosti (GR), uzeo godišnji odmor i počeo proučavati gravitacijske valove. Weber je izumio prvi uređaj za detekciju gravitacijskih valova, a ubrzo je tvrdio da je snimio "zvuk gravitacijskih valova". Međutim, znanstvena zajednica odbio njegovu poruku.

No, upravo zahvaljujući Josephu Weberu mnogi su se znanstvenici pretvorili u “lovce na valove”. Danas se Weber smatra ocem znanstvenog pravca astronomije gravitacijskih valova.

"Ovo je početak nove ere gravitacijske astronomije"

Opservatorij LIGO, u kojem su znanstvenici bilježili gravitacijske valove, sastoji se od tri laserske instalacije u Sjedinjenim Državama: dvije se nalaze u državi Washington, a jedna u Louisiani. Evo kako Michio Kaku opisuje rad laserskih detektora: “Laserska zraka se dijeli na dvije odvojene zrake, koje zatim idu okomito jedna na drugu. Zatim se, reflektirajući se u zrcalu, ponovno spajaju. Ako gravitacijski val prođe kroz interferometar (mjerni uređaj), duljine staza dviju laserskih zraka bit će poremećene i to će se odraziti na njihov uzorak interferencije. Kako biste bili sigurni da signal koji registrira laserski sustav nije slučajan, potrebno je postaviti detektore različite točke Zemlja.

Tek će pod utjecajem golemog gravitacijskog vala, puno većeg od našeg planeta, svi detektori raditi istovremeno.

Sada je kolaboracija LIGO detektirala gravitacijsko zračenje uzrokovano spajanjem binarnog sustava crnih rupa s masama od 36 i 29 solarnih masa u objekt s masom od 62 solarne mase. "Ovo je prvo izravno (vrlo je važno da je izravno!) mjerenje djelovanja gravitacijskih valova", komentirao je Sergej Vjačanin, profesor na Fizičkom fakultetu Moskovskog državnog sveučilišta, dopisniku znanstvenog odjela Gazeta.Ru. - Odnosno, primljen je signal od astrofizičke katastrofe spajanja dviju crnih rupa. I ovaj signal je identificiran - to je također vrlo važno! Jasno je da je ovo iz dvije crne rupe. A ovo je početak nove ere gravitacijske astronomije, koja će omogućiti dobivanje informacija o Svemiru ne samo putem optičkih, rendgenskih, elektromagnetskih i izvora neutrina, već i putem gravitacijskih valova.

Možemo reći da je 90 posto crnih rupa prestalo biti hipotetski objekti. Ostaje neka sumnja, ali ipak, signal koji je uhvaćen bolno se dobro uklapa s onim što bezbrojne simulacije spajanja dviju crnih rupa predviđaju u skladu s općom teorijom relativnosti.

Ovo je jak argument da crne rupe postoje. Drugog objašnjenja za takav signal još nema. Stoga se pretpostavlja da crne rupe postoje.”

"Einstein bi bio jako sretan"

Gravitacijske valove predvidio je Albert Einstein (koji je, inače, bio skeptičan prema postojanju crnih rupa) u okviru svoje opće teorije relativnosti. U općoj teoriji relativnosti vrijeme se dodaje trima prostornim dimenzijama, a svijet postaje četverodimenzionalan. Prema teoriji koja je okrenula fiziku naglavačke, gravitacija je posljedica zakrivljenosti prostor-vremena pod utjecajem mase.

Einstein je dokazao da svaka materija koja se kreće ubrzano stvara poremećaj prostor-vremena - gravitacijski val. Ta je perturbacija to veća što su ubrzanje i masa objekta veći.

Zbog slabosti gravitacijskih sila u usporedbi s drugim fundamentalnim interakcijama, ovi bi valovi trebali imati vrlo malu magnitudu, koju je teško registrirati.

Kada humanističkim znanostima objašnjavaju opću teoriju relativnosti, fizičari ih često traže da zamisle rastegnutu gumu na koju su spuštene masivne lopte. Kuglice se guraju kroz gumu, a razvučena ploča (koja predstavlja prostor-vrijeme) se deformira. Prema općoj teoriji relativnosti, cijeli svemir je guma, na kojoj svaki planet, svaka zvijezda i svaka galaksija ostavljaju udubljenja. Naša Zemlja se okreće oko Sunca poput male loptice koja se kotrlja oko stošca lijevka nastalog kao rezultat "probijanja" prostora-vremena teškom loptom.

HANDOUT/Reuters

Teška lopta je Sunce

Vrlo je vjerojatno da otkriće gravitacijskih valova, koje je glavna potvrda Einsteinove teorije, traži Nobelovu nagradu za fiziku. "Einstein bi bio vrlo sretan", rekla je Gabriella Gonzalez, glasnogovornica LIGO kolaboracije.

Prema znanstvenicima, prerano je govoriti o praktičnoj primjenjivosti otkrića. “Iako je Heinrich Hertz (njemački fizičar koji je dokazao postojanje Elektromagnetski valovi. - "Gazeta.Ru") mogao misliti što će se dogoditi mobitel? Ne! Trenutačno ne možemo ništa zamisliti", rekao je Valerij Mitrofanov, profesor na Fizičkom fakultetu Moskovskog državnog sveučilišta. M.V. Lomonosov. – Vodim se filmom “Interstellar”. Kritiziraju ga, da, ali čak bi i divlji čovjek mogao zamisliti čarobni tepih. I leteći tepih se pretvorio u avion, i to je to. I ovdje je već potrebno zamisliti nešto vrlo složeno. U Interstellaru je jedan od momenata vezan uz činjenicu da osoba može putovati iz jednog svijeta u drugi. Ako je tako, vjerujete li da osoba može putovati iz jednog svijeta u drugi, da može postojati mnogo svemira - bilo što? Ne mogu odgovoriti ne. Jer na takvo pitanje fizičar ne može odgovoriti s “ne”! Samo ako je u suprotnosti s nekim zakonima očuvanja! Postoje opcije koje nisu u suprotnosti s poznatim fizikalni zakoni. Dakle, putovanje oko svijeta može biti!

• Gravitacijski valovi su promjene u gravitacijskom polju koje se šire poput valova. Njih zrače pokretne mase, ali se nakon zračenja odvajaju od njih i postoje neovisno o tim masama. Matematički povezan s poremećajem metrike prostor-vremena i može se opisati kao "mreškanje prostor-vremena".

  U općoj teoriji relativnosti iu većini drugih modernih teorija gravitacije, gravitacijski valovi nastaju kretanjem masivnih tijela s promjenjivom akceleracijom. Gravitacijski valovi slobodno se šire u prostoru brzinom svjetlosti. Zbog relativne slabosti gravitacijskih sila (u usporedbi s ostalima) ovi valovi imaju vrlo malu magnitudu koju je teško registrirati.

  Gravitacijske valove predviđa Opća teorija relativnosti (GR), mnoge druge teorije gravitacije. Prvi su ih izravno detektirali u rujnu 2015. godine dva detektora blizanca u zvjezdarnici LIGO, koji su registrirali gravitacijske valove, vjerojatno kao rezultat spajanja dviju crnih rupa i formiranja još jedne masivnije rotirajuće crne rupe. Neizravni dokazi o njihovom postojanju poznati su od 1970-ih - GR predviđa stope konvergencije koje se podudaraju s opažanjima čvrsti sustavi dvojne zvijezde zbog gubitka energije za emisiju gravitacijskih valova. Izravna registracija gravitacijskih valova i njihova uporaba za određivanje parametara astrofizičkih procesa je važan zadatak moderna fizika i astronomije.

  U okviru opće relativnosti, gravitacijski valovi se opisuju rješenjima Einsteinovih jednadžbi valnog tipa, koje su perturbacija metrike prostor-vrijeme koja se kreće brzinom svjetlosti (u linearnoj aproksimaciji). Manifestacija ove perturbacije trebala bi biti, posebno, periodična promjena udaljenosti između dviju ispitnih masa koje slobodno padaju (to jest, na koje ne utječu nikakve sile). Amplituda h gravitacijskog vala bezdimenzijska je veličina – relativna promjena udaljenosti. Predviđene maksimalne amplitude gravitacijskih valova od astrofizičkih objekata (na primjer, kompaktnih binarnih sustava) i fenomena (eksplozije supernova, spajanja neutronskih zvijezda, zarobljavanja zvijezda crnim rupama itd.) kada se mjere u Sunčevom sustavu vrlo su male (h=10 −18-10 −23). Slabi (linearni) gravitacijski val, prema općoj teoriji relativnosti, nosi energiju i količinu gibanja, giba se brzinom svjetlosti, transverzalan je, četveropolni, a opisuju ga dvije neovisne komponente koje se međusobno nalaze pod kutom od 45°. (ima dva smjera polarizacije).

  Razne teorije na različite načine predviđaju brzinu širenja gravitacijskih valova. U općoj teoriji relativnosti jednaka je brzini svjetlosti (u linearnoj aproksimaciji). U drugim teorijama gravitacije, ona može poprimiti bilo koju vrijednost, uključujući ad infinitum. Prema podacima prve registracije gravitacijskih valova pokazalo se da je njihova disperzija kompatibilna s gravitonom bez mase, a brzina je procijenjena kao jednako brzini Sveta.

Sto godina nakon teorijskog predviđanja Alberta Einsteina u okviru opće teorije relativnosti, znanstvenici su uspjeli potvrditi postojanje gravitacijskih valova. Započinje doba temeljno nove metode proučavanja dubokog svemira - astronomije gravitacijskih valova.

Otkrića su različita. Postoje slučajni, u astronomiji su uobičajeni. Ne postoje posve slučajni, nastali kao rezultat pažljivog "češljanja područja", poput otkrića Urana Williama Herschela. Ima slučajnih - kad su tražili jedno, a našli drugo: na primjer, otkrili su Ameriku. Ali posebno mjesto u znanosti zauzimaju planirana otkrića. Temelje se na jasnom teoretskom predviđanju. Prije svega se traži predviđeno kako bi se potvrdila teorija. Ta otkrića uključuju detekciju Higgsovog bozona na Velikom hadronskom sudaraču i detekciju gravitacijskih valova pomoću lasersko-interferometrijskog opservatorija gravitacijskih valova LIGO. Ali da biste registrirali neki fenomen predviđen teorijom, morate prilično dobro razumjeti što točno i gdje tražiti, kao i koji su alati za to potrebni.

Gravitacijski valovi tradicionalno se nazivaju predviđanjem Opće teorije relativnosti (OTO), i to je doista tako (iako sada takvi valovi postoje u svim modelima koji su alternativni ili komplementarni OTO-u). Konačnost brzine širenja gravitacijske interakcije dovodi do pojave valova (u općoj teoriji relativnosti ta je brzina točno jednaka brzini svjetlosti). Takvi valovi su poremećaji prostor-vremena koji se šire iz izvora. Za nastanak gravitacijskih valova potrebno je da izvor pulsira ili se kreće brzo, ali na određeni način. Recimo da pokreti sa savršenom sfernom ili cilindričnom simetrijom nisu prikladni. Postoji mnogo takvih izvora, ali često imaju malu masu, nedovoljnu za generiranje snažnog signala. Uostalom, gravitacija je najslabija od četiri temeljne interakcije, pa je registracija gravitacijskog signala vrlo teška. Osim toga, za registraciju je potrebno da se signal brzo mijenja u vremenu, odnosno da ga ima dovoljno visoka frekvencija. U protivnom ga nećemo moći registrirati jer će promjene biti prespore. To znači da i objekti moraju biti kompaktni.

U početku su veliki entuzijazam izazvale eksplozije supernova koje se u galaksijama poput naše događaju svakih nekoliko desetljeća. Dakle, ako možete postići osjetljivost koja vam omogućuje da vidite signal s udaljenosti od nekoliko milijuna svjetlosnih godina, možete računati na nekoliko signala godišnje. No kasnije se pokazalo da su početne procjene snage oslobađanja energije u obliku gravitacijskih valova tijekom eksplozije supernove bile preoptimistične, te bi tako slab signal bilo moguće registrirati samo ako bi supernova izbila u našoj Galaksiji.

Druga varijanta masivnih, kompaktnih objekata koji se brzo kreću su neutronske zvijezde ili crne rupe. Možemo vidjeti ili proces njihovog nastanka ili proces međusobnog djelovanja. Posljednje faze kolapsa zvjezdanih jezgri, što dovodi do stvaranja kompaktnih objekata, kao i posljednje faze spajanja neutronske zvijezde a crne rupe imaju trajanje reda veličine nekoliko milisekundi (što odgovara frekvenciji od stotina herca) - upravo ono što vam treba. U tom se slučaju oslobađa puno energije, uključujući (a ponekad i uglavnom) u obliku gravitacijskih valova, budući da masivna kompaktna tijela čine određena brza kretanja. Ovo su naši idealni izvori.

Istina, supernove bljesnu u Galaksiji svakih nekoliko desetljeća, spajanje neutronskih zvijezda događa se jednom u nekoliko desetaka tisuća godina, a crne rupe se spajaju jedna s drugom još rjeđe. Ali signal je puno moćniji, a njegove karakteristike mogu se prilično precizno izračunati. Ali sada moramo naučiti kako vidjeti signal s udaljenosti od nekoliko stotina milijuna svjetlosnih godina kako bismo pokrili nekoliko desetaka tisuća galaksija i detektirali nekoliko signala u jednoj godini.

Nakon što smo se odlučili za izvore, počnimo dizajnirati detektor. Da biste to učinili, morate razumjeti što radi gravitacijski val. Ne ulazeći u detalje, možemo reći da prolazak gravitacijskog vala uzrokuje plimnu silu (obične lunarne ili solarne plime su zaseban fenomen, a gravitacijski valovi s tim nemaju nikakve veze). Tako možete uzeti, na primjer, metalni cilindar, opremiti ga senzorima i proučavati njegove vibracije. To nije teško, pa su se takve instalacije počele izrađivati ​​prije pola stoljeća (ima ih i u Rusiji, sada se u podzemnom laboratoriju Baksana postavlja poboljšani detektor koji je razvio tim Valentina Rudenka iz SAI MSU). Problem je što će takav uređaj vidjeti signal bez ikakvih gravitacijskih valova. Puno je zvukova s ​​kojima se teško nositi. Moguće je (i to je učinjeno!) instalirati detektor ispod zemlje, pokušati ga izolirati, ohladiti niske temperature, ali ipak, da biste premašili razinu šuma, potreban vam je vrlo snažan signal gravitacijskih valova. A jaki signali su rijetki.

Stoga je napravljen izbor u korist druge sheme, koju su 1962. iznijeli Vladislav Pustovoit i Mikhail Gertsenshtein. U članku objavljenom u ZhETF-u (Journal of Experimental and Theoretical Physics), predložili su korištenje Michelsonovog interferometra za otkrivanje gravitacijskih valova. Laserska zraka prolazi između zrcala u dva kraka interferometra, a zatim se zbrajaju zrake iz različitih krakova. Analizom rezultata interferencije greda moguće je izmjeriti relativnu promjenu duljina krakova. Ovo su vrlo precizna mjerenja, pa ako pobijedite šum, možete postići fantastičnu osjetljivost.

Početkom 1990-ih odlučeno je izgraditi nekoliko detektora prema ovoj shemi. Relativno male instalacije, GEO600 u Europi i TAMA300 u Japanu (brojevi odgovaraju duljini krakova u metrima) trebale su prvo biti puštene u rad kako bi se testirala tehnologija. Ali glavni igrači trebali su biti LIGO u SAD-u i VIRGO u Europi. Veličina ovih uređaja već se mjeri u kilometrima, a konačna planirana osjetljivost trebala bi omogućiti gledanje desetaka, ako ne i stotina događaja godišnje.

Zašto je potrebno više uređaja? Prvenstveno za unakrsnu provjeru valjanosti, budući da postoje lokalni šumovi (npr. seizmički). Istovremena registracija signala u sjeverozapadnim Sjedinjenim Državama iu Italiji bila bi izvrstan dokaz za to vanjsko porijeklo. Ali postoji i drugi razlog: detektori gravitacijskih valova vrlo loše određuju smjer prema izvoru. Ali ako postoji nekoliko razmaknutih detektora, bit će moguće vrlo točno odrediti smjer.

Laserski divovi

U izvornom obliku LIGO detektori izgrađeni su 2002. godine, a VIRGO 2003. godine. Prema planu, to je bila samo prva faza. Sve su instalacije radile nekoliko godina, a 2010.-2011. zaustavljene su radi revizije, kako bi se tada postigla planirana visoka osjetljivost. LIGO detektori prvi su počeli s radom u rujnu 2015., VIRGO bi se trebao pridružiti u drugoj polovici 2016., a počevši od ove faze, osjetljivost nam dopušta da se nadamo registraciji barem nekoliko događaja godišnje.

Nakon početka LIGO-a, očekivana stopa praska bila je otprilike jedan događaj mjesečno. Astrofizičari su unaprijed procijenili da bi spajanja crnih rupa trebala biti prvi očekivani događaj. To je zbog činjenice da su crne rupe obično deset puta teže od neutronskih zvijezda, signal je snažniji i "vidi se" s velikih udaljenosti, što više nego kompenzira sporiju brzinu događaja po galaksiji. Srećom, nismo morali dugo čekati. Dana 14. rujna 2015. obje su instalacije registrirale gotovo identičan signal koji je nazvan GW150914.

S lijepim jednostavna analiza mogu se dobiti podaci poput mase crne rupe, jačine signala i udaljenosti do izvora. Masa i veličina crnih rupa su vrlo jednostavno i dobro povezane. na određeni način, a veličina područja oslobađanja energije može se odmah procijeniti iz frekvencije signala. U ovom slučaju, veličina je pokazala da su dvije rupe s masom od 25-30 i 35-40 solarnih masa formirale crnu rupu s masom većom od 60 solarnih masa. Poznavajući ove podatke, može se dobiti puna energija uprskati. Gotovo tri solarne mase prešle su u gravitacijsko zračenje. To odgovara luminozitetu od 1023 luminoziteta Sunca – približno koliko za to vrijeme (stotinke sekunde) zrače sve zvijezde u vidljivom dijelu Svemira. A iz poznate energije i veličine izmjerenog signala dobiva se udaljenost. Velika masa spojenih tijela omogućila je registraciju događaja koji se dogodio u dalekoj galaksiji: signal je išao do nas oko 1,3 milijarde godina.

Više detaljna analiza omogućuje vam da precizirate omjer mase crnih rupa i shvatite kako su se rotirale oko svoje osi, kao i da odredite neke druge parametre. Osim toga, signal iz dvije instalacije omogućuje približno određivanje smjera praska. Nažalost, za sada točnost ovdje nije jako visoka, ali s puštanjem u rad ažuriranog VIRGO-a, ona će se povećati. A za nekoliko godina japanski detektor KAGRA počet će primati signale. Zatim će se u Indiji sastaviti jedan od LIGO detektora (u početku su ih bila tri, jedna od instalacija je bila dvojna) i očekuje se da će tada biti zabilježeno više desetaka događaja godišnje.

Doba nove astronomije

na ovaj trenutak Najvažniji rezultat rada LIGO-a je potvrda postojanja gravitacijskih valova. Osim toga, već je prvi prasak omogućio poboljšanje ograničenja mase gravitona (u općoj relativnosti on ima nultu masu), kao i jače ograničavanje razlike između brzine širenja gravitacije i brzine svjetlo. No, znanstvenici se nadaju da će već 2016. uz pomoć LIGO-a i VIRGO-a moći dobiti puno novih astrofizičkih podataka.

Prvo, podaci iz opservatorija gravitacijskih valova novi su kanal za proučavanje crnih rupa. Ako je prije bilo moguće samo promatrati tokove materije u blizini tih objekata, sada možete izravno "vidjeti" proces spajanja i "smirivanja" crne rupe koja se formira, kako njen horizont fluktuira, poprimajući svoj konačni oblik (određeno rotacijom). Vjerojatno će, sve do otkrića Hawkingovog isparavanja crnih rupa (zasad je taj proces još uvijek hipoteza), proučavanje spajanja pružiti najbolje izravne informacije o njima.

Drugo, promatranja spajanja neutronskih zvijezda pružit će mnogo novih, prijeko potrebnih informacija o tim objektima. Po prvi put, moći ćemo proučavati neutronske zvijezde na način na koji fizičari proučavaju čestice: promatrati njihove sudare da bismo razumjeli kako djeluju unutra. Misterij strukture unutrašnjosti neutronskih zvijezda uzbuđuje i astrofizičare i fizičare. Naše razumijevanje nuklearne fizike i ponašanja materije pri ultravisokoj gustoći je nepotpuno bez rješavanja ovog problema. Vrlo je vjerojatno da će promatranja gravitacijskih valova ovdje igrati ključnu ulogu.

Smatra se da su spajanja neutronskih zvijezda odgovorna za kratke kozmološke eksplozije gama zraka. U rijetkim slučajevima bit će moguće istovremeno promatrati događaj i u gama rasponu i na detektorima gravitacijskih valova (rijetkost je zbog činjenice da je, prvo, gama signal koncentriran u vrlo uskom snopu, a nije uvijek usmjereni na nas, ali drugo, nećemo registrirati gravitacijske valove iz vrlo udaljenih događaja). Očigledno će biti potrebno nekoliko godina promatranja da se to vidi (iako, kao i obično, može vam se posrećiti, a to će se dogoditi upravo sada). Tada, između ostalog, možemo vrlo precizno usporediti brzinu gravitacije s brzinom svjetlosti.

Stoga će laserski interferometri raditi zajedno kao jedan teleskop s gravitacijskim valovima, donoseći nova znanja i astrofizičarima i fizičarima. Pa za otkrivanje prvih rafala i njihovu analizu, prije ili kasnije, zaslužan je Nobelova nagrada.

2197
, SAD
© REUTERS, brošura

Napokon otkriveni gravitacijski valovi

Popularna znanost

Oscilacije u prostor-vremenu otkrivene su stoljeće nakon što ih je predvidio Einstein. Počinje nova era u astronomiji.

Znanstvenici su uspjeli otkriti fluktuacije u prostor-vremenu uzrokovane spajanjem crnih rupa. To se dogodilo stotinu godina nakon što je Albert Einstein predvidio te "gravitacijske valove" u svojoj općoj teoriji relativnosti i stotinu godina nakon što su ih fizičari počeli tražiti.

O značajnom otkriću danas su izvijestili istraživači LIGO Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory. Potvrdili su glasine koje su okruživale analizu prvog skupa podataka koje su prikupljali nekoliko mjeseci. Astrofizičari kažu da otkriće gravitacijskih valova pruža novi način gledanja na svemir i omogućuje prepoznavanje udaljenih događaja koji se ne mogu vidjeti u optičkim teleskopima, ali možete osjetiti, pa čak i čuti njihovo lagano podrhtavanje kako dopiru do nas kroz svemir.

“Detektirali smo gravitacijske valove. Uspjeli smo!" David Reitze, izvršni direktor istraživačkog tima od 1000 članova, objavio je danas na tiskovnoj konferenciji u Washingtonu DC u Nacionalnoj zakladi za znanost.

Gravitacijski valovi možda su najneuhvatljiviji fenomen Einsteinovih predviđanja, znanstvenik je o ovoj temi raspravljao sa svojim suvremenicima desetljećima. Prema njegovoj teoriji, prostor i vrijeme čine rastezljivu materiju koja se savija pod utjecajem teških predmeta. Osjetiti gravitaciju znači pasti u zavoje ove materije. Ali može li ovo prostor-vrijeme drhtati poput kože bubnja? Einstein je bio zbunjen, nije znao što njegove jednadžbe znače. I više puta promijenio svoje gledište. Ali čak su i najvjerniji zagovornici njegove teorije vjerovali da su gravitacijski valovi ionako preslabi da bi se mogli promatrati. Oni padaju prema van nakon određenih kataklizmi, i naizmjence rastežu i sažimaju prostor-vrijeme dok se kreću. Ali dok ti valovi stignu do Zemlje, rastežu se i sabijaju svaki kilometar svemira za mali djelić promjera atomske jezgre.

© REUTERS, Hangout LIGO opservatorij detektor u Hanfordu, Washington

Da bi se otkrili ti valovi, bilo je potrebno strpljenje i oprez. Opservatorij LIGO ispaljivao je laserske zrake naprijed-natrag duž četiri kilometra dugačkih, pravokutnih koljena dva detektora, jednog u Hanfordu, Washington, a drugog u Livingstonu, Louisiana. To je učinjeno u potrazi za odgovarajućim širenjima i skupljanjima ovih sustava tijekom prolaska gravitacijskih valova. Koristeći najsuvremenije stabilizatore, vakuumske instrumente i tisuće senzora, znanstvenici su izmjerili promjene u duljini tih sustava, samo jednu tisućinku veličine protona. Takva osjetljivost instrumenata prije stotinu godina bila je nezamisliva. Činilo se nevjerojatnim 1968. godine, kada je Rainer Weiss s Massachusetts Institute of Technology osmislio eksperiment nazvan LIGO.

“Veliko je čudo da su na kraju uspjeli. Uspjeli su pokupiti te sićušne vibracije!” rekao je Daniel Kennefick, teorijski fizičar Sveučilišta Arkansas, koji je 2007. napisao knjigu Putovanje brzinom misli: Einstein i Quest for Gravitational Waves (Putovanje brzinom misli. Einstein i potraga za gravitacijskim valovima).

Ovo otkriće označilo je početak nove ere u astronomiji gravitacijskih valova. Nadamo se da ćemo imati točnije ideje o formiranju, sastavu i galaktičkoj ulozi crnih rupa - onih supergustih lopti mase koje iskrivljuju prostor-vrijeme tako oštro da čak ni svjetlost ne može pobjeći iz njih. Kada se crne rupe približe jedna drugoj i spoje, generiraju impulsni signal - prostorno-vremenske fluktuacije koje povećavaju amplitudu i ton, a zatim naglo prestaju. Oni signali koje zvjezdarnica može detektirati su u audio rasponu - međutim, preslabi su da bi ih čulo golo uho. Ovaj zvuk možete ponovno stvoriti prelaskom prstiju preko tipki klavira. "Počnite od najniže note i krenite do treće oktave", rekao je Weiss. – Tako čujemo.

Fizičari su već iznenađeni brojem i snagom signala koji se trenutno bilježe. To znači da na svijetu postoji više crnih rupa nego što se mislilo. "Imali smo sreće, ali uvijek sam računao na ovakvu sreću", rekao je astrofizičar s Caltecha Kip Thorne, koji je kreirao LIGO s Weissom i Ronaldom Dreverom, također iz Caltecha. “To se obično događa kada se otvori potpuno novi prozor u svemiru.”

Osluškujući gravitacijske valove možemo stvoriti potpuno drugačije predodžbe o svemiru, a možda i otkriti nezamislive kozmičke pojave.

“Mogu to usporediti s prvim kad smo usmjerili teleskop u nebo,” rekla je teorijska astrofizičarka Janna Levin sa Sveučilišta Columbia Barnard College. “Ljudi su razumjeli da tamo postoji nešto i da se to može vidjeti, ali nisu mogli predvidjeti nevjerojatan raspon mogućnosti koje postoje u svemiru.” Slično tome, primijetio je Levine, otkriće gravitacijskih valova moglo bi pokazati da je svemir "pun tamna tvar, što ne možemo lako odrediti teleskopom.

Priča o otkriću prvog gravitacijskog vala počela je u rujanski ponedjeljak ujutro, a počela je s pamukom. Signal je bio toliko jasan i glasan da je Weiss pomislio: "Ne, ovo su gluposti, od toga neće biti ništa."

Intenzitet emocija

Ovaj prvi gravitacijski val prošao je kroz detektore nadograđenog LIGO-a - prvo u Livingstonu i sedam milisekundi kasnije u Hanfordu - tijekom simulacije u ranim jutarnjim satima 14. rujna, dva dana prije službenog početka prikupljanja podataka.

Detektori su bili "uhodani" nakon modernizacije koja je trajala pet godina i koštala 200 milijuna dolara. Opremljeni su novim ovjesima zrcala za smanjenje buke i aktivnim Povratne informacije za suzbijanje vanjskih vibracija u stvarnom vremenu. Nadogradnja je poboljšanoj zvjezdarnici dala više visoka razina osjetljivost u usporedbi sa starim LIGO-om, koji je između 2002. i 2010. pronašao "apsolutnu i neto nulu", kako je rekao Weiss.

Kada je u rujnu stigao snažan signal, znanstvenici u Europi, gdje je tada bilo jutro, počeli su bombardirati američke kolege e-mail porukama. Kada se ostatak grupe probudio, vijest se vrlo brzo proširila. Praktično su svi bili skeptični, rekao je Weiss, pogotovo kad su vidjeli signal. Bio je to pravi udžbenički klasik, pa su neki ljudi mislili da je lažan.

Lažne tvrdnje u potrazi za gravitacijskim valovima iznesene su mnogo puta od kasnih 1960-ih, kada je Joseph Weber sa Sveučilišta Maryland mislio da je otkrio rezonantne oscilacije u aluminijskom cilindru sa senzorima kao odgovor na valove. Godine 2014. dogodio se eksperiment nazvan BICEP2 koji je rezultirao najavom otkrića primordijalnih gravitacijskih valova - prostorno-vremenskih fluktuacija iz Velikog praska, koji su se do sada razvukli i trajno zamrznuli u geometriji svemira. Znanstvenici iz grupe BICEP2 su uz veliku pompu objavili svoje otkriće, no potom su njihovi rezultati neovisno provjereni, pri čemu se pokazalo da su bili u krivu, te da taj signal dolazi iz svemirske prašine.

Kada je kozmolog sa Sveučilišta Arizona State University Lawrence Krauss čuo za otkriće tima LIGO, isprva je mislio da se radi o "slijepoj prijevari". Tijekom rada stare zvjezdarnice, simulirani signali potajno su ubačeni u tokove podataka kako bi se testirao odgovor, i većina Tim nije znao za to. Kad je Krauss iz upućenog izvora doznao da se ovoga puta ne radi o "nabijanju na slijepo", jedva je suzdržao radosno uzbuđenje.

Dana 25. rujna, tvitao je svojih 200.000 sljedbenika: “Glasine o detekciji gravitacijskog vala na LIGO detektoru. Zapanjujuće ako je istinito. Javit ću vam detalje, ako nije laž." Nakon toga slijedi zapis od 11. siječnja: "Prijašnje glasine o LIGO-u potvrđene neovisni izvori. Pratite novosti. Možda su gravitacijski valovi otkriveni!”

Službeni stav znanstvenika bio je sljedeći: ne govoriti o primljenom signalu dok ne postoji stopostotna sigurnost. Thorne, rukama i nogama vezan ovom obvezom tajnosti, nije čak ništa rekao svojoj ženi. "Sama sam slavio", rekao je. Za početak, znanstvenici su se odlučili vratiti na sam početak i analizirati sve do najsitnijih detalja kako bi otkrili kako se signal širio kroz tisuće mjernih kanala raznih detektora, te shvatili je li u tom trenutku bilo nešto čudno signal je otkriven. Nisu pronašli ništa neobično. Također su isključili hakere, koji su trebali najbolje znati o tisućama tokova podataka tijekom eksperimenta. “Čak i kada ekipa izvodi naslijepo bacanja, ona nisu dovoljno savršena i ostavljaju puno tragova za sobom,” rekao je Thorn. “Ali nije bilo tragova.”

U tjednima koji su uslijedili čuli su još jedan, slabiji signal.

Znanstvenici su analizirali prva dva signala, a dobivali su sve više i više novih. U siječnju su svoje istraživanje predstavili u časopisu Physical Review Letters. Ovo izdanje danas izlazi na internet. Prema njihovim procjenama, statistička značajnost Prvi, najsnažniji signal prelazi "5-sigma", što znači da su istraživači 99,9999% sigurni u njegovu autentičnost.

osluškujući gravitaciju

Jednadžbe opća teorija relativnosti Einsteina toliko su složeni da je većini fizičara trebalo 40 godina da se slože da gravitacijski valovi postoje i da ih je moguće detektirati - čak i teoretski.

Isprva je Einstein mislio da objekti ne mogu otpuštati energiju u obliku gravitacijskog zračenja, no onda se predomislio. U njegovom povijesno djelo, napisan 1918., pokazao je kakvi objekti to mogu učiniti: sustavi u obliku bučica koji se istovremeno okreću oko dvije osi, na primjer, dvostruki i supernove eksplodirajući poput petardi. Oni mogu generirati valove u prostor-vremenu.

© REUTERS, brošura računalni model ilustrirajući prirodu gravitacijskih valova u Sunčevom sustavu

Ali Einstein i njegovi kolege nastavili su se kolebati. Neki su fizičari tvrdili da će, čak i ako postoje valovi, svijet oscilirati s njima i bit će ih nemoguće osjetiti. I tek 1957. Richard Feynman (Richard Feynman) zatvorio je ovo pitanje, demonstrirajući na tečaju misaoni eksperiment ako gravitacijski valovi postoje, teoretski ih je moguće detektirati. Ali nitko nije znao koliko su ti sustavi u obliku bučica uobičajeni u svemiru i koliko su jaki ili slabi valovi koji nastaju. “U konačnici, pitanje je bilo: hoćemo li ih ikada pronaći?” rekao je Kennefick.

Godine 1968. Rainer Weiss bio je mladi profesor na MIT-u i dobio je zadatak predavati tečaj iz opće teorije relativnosti. Kao eksperimentator, znao je malo o tome, ali iznenada se pojavila vijest o Weberovu otkriću gravitacijskih valova. Weber je napravio tri rezonantna detektora od aluminija, veličine radni stol i smjestili ih u različite američke države. Sada je rekao da su sva tri detektora zabilježila "zvuk gravitacijskih valova".

Weissovi studenti zamoljeni su da objasne prirodu gravitacijskih valova i izraze svoje mišljenje o poruci. Proučavajući detalje, bio je zapanjen složenošću matematičkih izračuna. “Nisam mogao shvatiti što je dovraga Weber radio, kako su senzori djelovali u interakciji s gravitacijskim valom. Dugo sam sjedio i pitao se: “Koja je najprimitivnija stvar koje mogu smisliti da detektira gravitacijske valove?” A onda mi je na pamet pala ideja koju nazivam konceptualnom osnovom LIGO-a.

Zamislite tri objekta u prostor-vremenu, recimo ogledala na uglovima trokuta. "Pošaljite svjetlosni signal od jednog do drugog", rekao je Weber. “Pogledajte koliko je vremena potrebno da se prijeđe s jedne mise na drugu i vidite je li se vrijeme promijenilo.” Ispostavilo se, primijetio je znanstvenik, da se to može učiniti brzo. “Ovo sam povjerio svojim studentima kao znanstveni zadatak. Doslovno je cijela grupa uspjela napraviti te izračune.”

Sljedećih godina, kada su drugi istraživači pokušali ponoviti rezultate Weberovog eksperimenta s rezonantnim detektorom, ali su neprestano padali (nije jasno što je promatrao, ali to nisu bili gravitacijski valovi), Weiss je počeo pripremati mnogo precizniji i ambiciozniji eksperiment : interferometar gravitacijskih valova. Laserska zraka se reflektira od tri ogledala postavljena u obliku slova "L" i formira dvije zrake. Interval vrhova i padova svjetlosnih valova točno označava duljinu zavoja slova "G", koji stvaraju x i y osi prostor-vremena. Kad vaga miruje, dva svjetlosni valovi odbijaju se od uglova i međusobno se poništavaju. Signal u detektoru je nula. Ali ako gravitacijski val prolazi kroz Zemlju, on rasteže dužinu jednog kraka slova "G", a sabija dužinu drugog (i obrnuto naizmjenično). Neusklađenost dviju svjetlosnih zraka stvara signal u detektoru, pokazujući male fluktuacije u prostor-vremenu.

Isprva su kolege fizičari bili skeptični, no eksperiment je ubrzo naišao na podršku Thornea, čija je grupa teoretičara s Caltecha istraživala crne rupe i druge potencijalne izvore gravitacijskih valova, kao i signale koje su oni generirali. Thorne je bio inspiriran Weberovim eksperimentom i sličnim naporima ruskih znanstvenika. Nakon govora na konferenciji s Weissom 1975., "Počeo sam vjerovati da će detekcija gravitacijskih valova biti uspješna", rekao je Thorn. "I želio sam da Caltech također bude dio toga." S institutom je dogovorio angažiranje škotskog eksperimentatora Ronalda Drivera, koji je također tvrdio da je napravio interferometar gravitacijskih valova. S vremenom su Thorne, Driver i Weiss počeli raditi kao tim, rješavajući svaki svoj dio bezbrojnih problema u pripremi za praktični eksperiment. Trio je osnovao LIGO 1984. godine, a kada su prototipovi izgrađeni i suradnja počela kao dio stalno rastućeg tima, dobili su 100 milijuna dolara financiranja od Nacionalne zaklade za znanost početkom 1990-ih. Nacrtani su nacrti za konstrukciju para divovskih detektora u obliku slova L. Desetljeće kasnije detektori su počeli raditi.

U Hunfordu i Livingstonu, u središtu svakog od četiri kilometra koljena detektora, postoji vakuum, zahvaljujući kojem su laser, njegova zraka i zrcala maksimalno izolirani od stalnih vibracija planeta. Kako bi bili još sigurniji, LIGO znanstvenici nadziru svoje detektore tijekom rada s tisućama instrumenata, mjereći sve što mogu: seizmička aktivnost, atmosferski tlak, munje, izgled kozmičke zrake, vibracije opreme, zvukovi u području laserske zrake i tako dalje. Zatim filtriraju svoje podatke za te vanjske pozadinske zvukove. Možda je glavna stvar da imaju dva detektora, a to vam omogućuje usporedbu primljenih podataka, provjeravajući ih na prisutnost odgovarajućih signala.

Kontekst

Gravitacijski valovi: dovršili ono što je Einstein započeo u Bernu

SwissInfo 13.02.2016

Kako umiru crne rupe

Srednji 19.10.2014
Unutar stvorenog vakuuma, čak i s laserima i zrcalima koji su potpuno izolirani i stabilizirani, "stalno se događaju čudne stvari", kaže Marco Cavaglià, zamjenik glasnogovornika projekta LIGO. Znanstvenici moraju pratiti te "zlatne ribice", "duhove", "čudna morska čudovišta" i druge vanjske vibracijske fenomene, pronalazeći njihov izvor kako bi ga eliminirali. Jedan težak slučaj dogodila tijekom faze verifikacije, rekla je Jessica McIver, istraživačica LIGO-a, koja proučava takve vanjske signale i smetnje. Među podacima se često pojavljivao niz periodičnih jednofrekventnih šuma. Kada su ona i njezini kolege pretvorili vibracije zrcala u audio datoteke, "zvonjava telefona postala je jasno čujna", rekla je McIver. "Ispostavilo se da su komunikacijski oglašivači telefonirali unutar laserske sobe."

U sljedeće dvije godine znanstvenici će nastaviti poboljšavati osjetljivost detektora nadograđenog Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory LIGO. A u Italiji će početi s radom treći interferometar pod nazivom Advanced Virgo. Jedan od odgovora koji će otkrića pomoći dati je kako nastaju crne rupe. Jesu li oni proizvod sloma najranijeg masivne zvijezde, ili se pojavljuju kao rezultat sudara unutar gustih skupova zvijezda? “Ovo su samo dvije pretpostavke, vjerujem da će ih biti još kad se stvari smire”, kaže Weiss. Dok LIGO počinje prikupljati nove statistike tijekom svog nadolazećeg rada, znanstvenici će početi slušati priče o podrijetlu crnih rupa koje im šapće svemir.

Sudeći po obliku i veličini, prvi, najglasniji pulsni signal dogodio se 1,3 milijarde svjetlosnih godina od mjesta gdje su, nakon vječnosti sporog plesa pod utjecajem međusobnog gravitacijskog privlačenja, dvije crne rupe, svaka oko 30 puta veće mase od sunce, konačno spojeno. Crne rupe kružile su sve brže i brže, poput vrtloga, postupno se približavajući. Zatim je došlo do spajanja i u tren oka oslobodili su gravitacijske valove s energijom usporedivom s energijom tri Sunca. Ovo spajanje bilo je najsnažniji energetski fenomen ikada zabilježen.

"Kao da nikada nismo vidjeli ocean u oluji", rekao je Thorn. On je čekao ovu oluju u prostor-vremenu od 1960-ih. Osjećaj koji je Thorn doživio u trenutku kada su se ti valovi zakotrljali ne može se nazvati uzbuđenjem, kaže. Bilo je to nešto drugo: osjećaj dubokog zadovoljstva.

Materijali InoSMI sadrže samo ocjene stranih medija i ne odražavaju stajalište urednika InoSMI.

Službenim danom otkrića (detekcije) gravitacijskih valova smatra se 11. veljače 2016. godine. Upravo su tada, na konferenciji za novinare u Washingtonu, čelnici kolaboracije LIGO objavili da je tim istraživača prvi put u povijesti čovječanstva uspio zabilježiti ovaj fenomen.

Proročanstva velikog Einsteina

Činjenicu da gravitacijski valovi postoje sugerirao je Albert Einstein početkom prošlog stoljeća (1916.) u okviru Opće teorije relativnosti (GR) koju je formulirao. Možemo se samo čuditi briljantnim sposobnostima slavnog fizičara, koji je uz minimum stvarnih podataka mogao izvući tako dalekosežne zaključke. Između mnogih drugih predviđenih fizičke pojavešto je našlo potvrdu u sljedećem stoljeću (usporavanje protoka vremena, promjena smjera elektromagnetska radijacija u gravitacijskim poljima itd.) donedavno nije bilo moguće praktično detektirati prisutnost ove vrste valne interakcije tijela.

Gravitacija – iluzija?

Općenito, u svjetlu Teorije relativnosti, gravitacija se teško može nazvati silom. perturbacije ili zakrivljenost prostorno-vremenskog kontinuuma. Dobar primjer koji ilustrira ovaj postulat je rastegnuti komad tkanine. Pod težinom masivnog predmeta postavljenog na takvu površinu nastaje udubljenje. Drugi objekti koji se kreću u blizini ove anomalije će promijeniti putanju svog kretanja, kao da su "privučeni". A što je veća težina objekta (što je veći promjer i dubina zakrivljenosti), to je veća "sila privlačenja". Kada se kreće kroz tkaninu, može se uočiti pojava divergentnog "mreškanja".

Nešto slično događa se u svjetskom prostoru. Svaka masivna materija koja se brzo kreće izvor je fluktuacija u gustoći prostora i vremena. Gravitacijski val značajne amplitude stvaraju tijela ekstremno velikih masa ili pri kretanju velikim ubrzanjima.

fizičke karakteristike

Fluktuacije metrike prostor-vrijeme manifestiraju se kao promjene u gravitacijskom polju. Taj se fenomen inače naziva prostorno-vremenski valovi. Gravitacijski val djeluje na tijela i objekte na koje naiđe, sabijajući ih i rastežući. Vrijednosti deformacije su vrlo male - oko 10 -21 od izvorne veličine. Cijela poteškoća u otkrivanju ovog fenomena bila je u tome što su istraživači morali naučiti kako mjeriti i bilježiti takve promjene uz pomoć odgovarajuće opreme. Snaga gravitacijskog zračenja također je iznimno mala – za cijelu Sunčev sustav iznosi nekoliko kilovata.

Brzina širenja gravitacijskih valova malo ovisi o svojstvima vodljivog medija. Amplituda oscilacija postupno opada s udaljenošću od izvora, ali nikada ne doseže nulu. Frekvencija je u rasponu od nekoliko desetaka do stotina herca. Brzina gravitacijskih valova u međuzvjezdani medij približava se brzini svjetlosti.

posredni dokazi

Po prvi put teoretsku potvrdu postojanja gravitacijskih valova dobili su američki astronom Joseph Taylor i njegov pomoćnik Russell Hulse 1974. godine. Proučavajući prostranstva svemira pomoću radioteleskopa zvjezdarnice Arecibo (Portoriko), istraživači su otkrili pulsar PSR B1913 + 16, koji je dualni sustav neutronske zvijezde koje kruže oko zajedničkog centra mase s konstantom kutna brzina(prilično rijetko). Svake godine, revolucijski period, koji je izvorno iznosio 3,75 sati, smanjuje se za 70 ms. Ova vrijednost sasvim je u skladu sa zaključcima iz GR jednadžbi koje predviđaju povećanje brzine rotacije takvih sustava zbog utroška energije za generiranje gravitacijskih valova. Nakon toga je otkriveno nekoliko dvostrukih pulsara i bijelih patuljaka sa sličnim ponašanjem. Radioastronomi D. Taylor i R. Hulse 1993. godine dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za otkriće novih mogućnosti proučavanja gravitacijskih polja.

Neuhvatljivi gravitacijski val

Prva izjava o detekciji gravitacijskih valova došla je od znanstvenika sa Sveučilišta Maryland Josepha Webera (SAD) 1969. godine. U te svrhe koristio je dvije gravitacijske antene vlastitog dizajna, udaljene dva kilometra. Rezonantni detektor bio je dobro vibrirani jednodijelni dvometarski aluminijski cilindar opremljen osjetljivim piezoelektričnim senzorima. Amplituda fluktuacija koje je Weber navodno zabilježio pokazala se više od milijun puta većom od očekivane vrijednosti. Pokušaji drugih znanstvenika pomoću takve opreme da ponove "uspjeh" američkog fizičara nisu donijeli pozitivne rezultate. Nekoliko godina kasnije, Weberov rad na ovom području prepoznat je kao neodrživ, ali je dao poticaj razvoju "gravitacijskog buma" koji je privukao mnoge stručnjake u ovo područje istraživanja. Usput, sam Joseph Weber do kraja svojih dana bio je siguran da je primio gravitacijske valove.

Poboljšanje prijemne opreme

U 70-ima je znanstvenik Bill Fairbank (SAD) razvio dizajn antene gravitacijskih valova hlađene pomoću SQUID-ova - superosjetljivih magnetometara. Tehnologije koje su postojale u to vrijeme nisu dopuštale izumitelju da vidi svoj proizvod, realiziran u "metalu".

Po tom je principu gravitacijski detektor Auriga izrađen u National Legnard Laboratory (Padova, Italija). Dizajn se temelji na aluminijsko-magnezijskom cilindru, dugom 3 metra i promjeru 0,6 m. Prihvatni uređaj težak 2,3 tone visi u izoliranoj vakuumskoj komori ohlađenoj gotovo do apsolutne nule. Pomoćni kilogramski rezonator i kompjutorski mjerni kompleks koriste se za fiksiranje i detekciju podrhtavanja. Deklarirana osjetljivost opreme je 10 -20 .

Interferometri

Djelovanje detektora interferencije gravitacijskih valova temelji se na istim principima po kojima radi Michelsonov interferometar. Laserska zraka koju emitira izvor dijeli se na dva toka. Nakon višestrukih refleksija i putovanja duž ramena uređaja, tokovi se ponovno spajaju, a posljednji se koristi za procjenu jesu li neke perturbacije (primjerice, gravitacijski val) utjecale na tijek zraka. Slična oprema stvorena je u mnogim zemljama:

• GEO 600 (Hannover, Njemačka). Duljina vakuumskih tunela je 600 metara.
• TAMA (Japan) s ramenima od 300 m.
• VIRGO (Pisa, Italija) zajednički je francusko-talijanski projekt pokrenut 2007. s tunelima od 3 km.
• LIGO (SAD, pacifička obala), lovi gravitacijske valove od 2002.

Ovo posljednje vrijedi detaljnije razmotriti.

LIGO Napredni

Projekt je nastao na inicijativu znanstvenika iz Massachusettsa i Kalifornije tehnološke institute. Uključuje dvije zvjezdarnice odvojene 3 tisuće km, u i Washingtonu (gradovi Livingston i Hanford) s tri identična interferometra. Duljina okomitih vakuumskih tunela je 4 tisuće metara. Ovo su najveće takve strukture koje trenutno rade. Sve do 2011. brojni pokušaji detektiranja gravitacijskih valova nisu dali nikakve rezultate. Provedena značajna modernizacija (Advanced LIGO) povećala je osjetljivost opreme u rasponu od 300-500 Hz za više od pet puta, au niskofrekventnom području (do 60 Hz) za gotovo red veličine, dostigavši tako željenu vrijednost od 10 -21 . Ažurirani projekt započeo je u rujnu 2015. godine, a trud više od tisuću djelatnika kolaboracije nagrađen je rezultatima.

Otkriveni gravitacijski valovi

Dana 14. rujna 2015. napredni LIGO detektori s intervalom od 7 ms zabilježili su gravitacijske valove koji su do našeg planeta stigli od najvećeg fenomena koji se dogodio na rubovima vidljivog Svemira - spajanja dviju velikih crnih rupa s masama 29 i 36 puta većim od masa Sunca. Tijekom procesa, koji se odvijao prije više od 1,3 milijarde godina, oko tri solarne mase materije potrošene su na zračenje gravitacijskih valova u djeliću sekunde. Fiksna početna frekvencija gravitacijskih valova bila je 35 Hz, a maksimalna vršna vrijednost dosegla je 250 Hz.

Dobiveni rezultati više puta su podvrgnuti sveobuhvatnoj provjeri i obradi, a alternativna tumačenja dobivenih podataka pažljivo su prekinuta. Konačno, prošle je godine svjetskoj javnosti najavljena izravna registracija fenomena koji je predvidio Einstein.

Činjenica koja ilustrira titanski rad istraživača: amplituda fluktuacija u dimenzijama krakova interferometra bila je 10 -19 m - ta je vrijednost manja od promjera atoma koliko i od promjera naranče.

Buduci izgledi

Ovo otkriće to dodatno potvrđuje Opća teorija relativnost nije samo skup apstraktnih formula, nego fundamentalno Novi izgled o suštini gravitacijskih valova i gravitacije uopće.

NA daljnje istraživanje znanstvenici polažu velike nade u projekt ELSA: stvaranje divovskog orbitalnog interferometra s krakovima od oko 5 milijuna km, sposobnog detektirati čak i manje poremećaje gravitacijskih polja. Intenziviranje rada u tom smjeru može puno reći o glavnim fazama razvoja Svemira, o procesima koje je teško ili nemoguće uočiti u tradicionalnim bendovima. Nema sumnje da će crne rupe, čiji će gravitacijski valovi biti snimljeni u budućnosti, reći mnogo o svojoj prirodi.

Proučiti reliktno gravitacijsko zračenje koje može govoriti o prvim trenucima našeg svijeta nakon veliki prasak bit će potrebni osjetljiviji svemirski instrumenti. Takav projekt postoji Promatrač velikog praska), ali njegova implementacija, prema mišljenju stručnjaka, moguća je tek za 30-40 godina.