Охота за неуловимыми гравитационными волнами продолжается

В следующие пять лет или около того ученые собираются найти доказательства тому, что пространство и время могут обретать форму гравитационных волн. Существование этих волн было предсказано почти сто лет назад Альбертом Эйнштейном, как часть его общей теории относительности, но до настоящего времени никому не удавалось их увидеть.

В скором времени такое положение вещей может измениться, поскольку набирают обороты эксперименты по фиксированию гравитационных волн с использованием самого чувствительного оборудования. «Активность в данной сфере научного знания сейчас просто зашкаливает», говорит Манси Касливал, астроном Обсерватории Научного Института Карнеги (Пасадена, Калифорния).

Касливал является автором статьи, опубликованной 2 мая 2013 года в журнале «Наука», в которой она описывает ситуацию, сложившуюся вокруг изучения гравитационных волн.

Согласно теории относительности массивные объекты искажают время и пространство вокруг себя, подобно мячу для боулинга, брошенному на резиновую пластину, изменяя характер движения материи. Когда два чрезвычайно плотных объекта, таких как нейтронные звезды (протоны и электроны атомов этих светил не могут дать начало нейтронам) или черные дыры, вращаются друг вокруг друга в бинарных парах, их вращение должно производить волны на поверхности вещества пространства-времени (гравитационные волны). Самые мощные волны возникают в том случае, когда две нейтронные звезды или черные дыры сливаются воедино.

Такие волны должны быть доступными для обнаружения во время экспериментов с использованием Передового Лазерного Интерферометра Обсерватории Гравитационных Волн (Передовой ЛИБВГ) или инструмента «Advanced Virgo», эксплуатация которых должна начаться в 2017 году. Каждый из приборов использует гигантские детекторы в форме буквы L, расположенные в Луизиане, Вашингтоне и в Италии. Цель – отслеживание ежеминутных изменений длины рукава детектора во время прохождения гравитационных волн. В углу буквы L лазерный луч разбивается на два пучка, движущиеся в вперед и назад вдоль двух рукавов (длина рукавов – 2-4 километра) и отбивающиеся в конце от вмонтированных зеркал. Если внутри будет проходить гравитационная волна, она будет оказывать влияние по всей длине рукава с учетом ориентации потока, что и должно быть зафиксировано.

Первоначальные версии Передового ЛИБВГ и «Advanced Virgo» уже находятся на этапе разработки, но пока еще не обладают достаточной чувствительностью для обнаружения гравитационных волн. Когда чувствительность инструментов будет повышена, ученые впервые получат возможность «увидеть» скрытые волны. Данные наблюдения не только подтвердят само существования гравитационных волн, но и космических явлений, стоящих в их основании. Хотите однохнуть, то Санаторий Шахтер для Вас.

«Уровень нашей уверенности очень высок», говорит Касливал. По ее оценке, разрабатываемые инструменты смогут фиксировать около 400 гравитационных волн в год.

Если волны будут обнаружены, вероятно, начнется работа по идентификации их источников. Сравнив сигналы, полученные в разных местах, ученые получат лучшее представление об их направленности. После этого они смогут ориентировать телескопы вдоль идентифицированного направления, что даст потенциальную возможность понять природу процесса столкновения двух черных дыр (нейтронных звезд).