В 5:51ч сутринта северноамериканско източно време на 14 септември 2015г беше направено едно от най-големите открития в науката. Точно в този момент детекторите на американската обсерватория LIGO в Луизиана и Вашингтон независимо един от друг откриха доказателства за гравитационни вълни, произлизащи от две сливащи се черни дупки на 1.3 милиарда светлинни години. Откритието е сензационно и вероятно сте чули за него.
Това без съмнение е един от най-големите моменти в астрономията, което не само потвърждава теорията на Айнщайн за общата относителност отпреди 100 години, но и ни дава нов начин да наблюдаваме вселената. Вероятно обаче все още имате доста въпроси относно гравитационните вълни. Какво точно представляват те? Защо са засечени точно в този момент? Откъде знаем, че са от две сливащи се черни дупки?
Време е да хвърлим малко яснота по тези въпроси.
Какво е гравитационна вълна?
Гравитационната вълна най-общо казано е смущение в пространствено-времевия континуум, причинено от масивен обект или обекти, както е в този случаи, които се движат или се сливат. При тази двойка черни дупки, сливането им е причина да изгубят маса три пъти колкото нашето Слънце. Това освобождаване на енергия е предизвикало въпросното смущение в пространствено-времевия континуум – гравитационна вълна. И така, 1.3 милиарда години по-късно тази вълна е достигнала до Земята – и ние я засякохме.
Пространствено-времевият континуум често е обясняван чрез аналогия с метални топчета върху гумена подложка. За да използваме същия пример, гравитационните вълни могат да бъдат разглеждани като гънки в гумената подложка.
Как сме получили толкова много информация от един миг?
Гравитационната вълна е преминала през Земята и е произвела доста силен сигнал, засечен и от двата детектора на LIGO, които наскоро са обновени.
Учените са имали представа какви събития биха произвели различни видове кратки сигнали. Щом засекат такъв, на помощ идват различни формули и уравнения, с чиято помощ в случая са открили, че става въпрос за две сливащи се черни дупки – едната с 36 пъти по-голяма маса от тази на Слънцето, а другата 29 пъти.
Колко голяма е била вълната?
Когато черните дупки са се слели, освободената енергия е изпратила вълна във всички посоки като сфера, разширяваща се със скоростта на светлината. Това означава, че когато ни е достигнала, сферата се е простирала в радиус 1.3 милиарда светлинни години във всяка посока. Нещо невъобразимо голямо.
Колко бързо се движат гравитационните вълни?
Със скоростта на светлината, както показват засечените сигнали от двата детектора, разминаващи се със 7 милисекунди. Това ни говори още, че гравитонът (хипотетичната частица на гравитацията) би трябвало да няма маса, след като частици с маса не могат да достигнат скоростта на светлината. Това може да бъде потвърдено едва след допълнителни измервания.
Ако идентифицираме събитие, например свръхнова, което произвежда светлина и гравитационни вълни едновременно, вероятно ще успеем да сравним скоростта им.
Защо е било важно детекторите да бъдат пуснат в точно определен момент, за да засекат този сигнал?
Всички неща във вселената произвежда гравитационни вълни, но само най-масивните събития огъват пространствено-времевия континуум толкова забележимо. Затова разчитаме на такива големи космически събития, изпращащи мощни вълни, които можем да измерим.
Моментът, когато двете черни дупки са се слели е произвел огромна, измерима гравитационна вълна, 50 пъти по-мощна от всички звезди във вселената взети заедно. Тази вълна е пътувала 1.3 милиарда светлинни години до Земята и благодарение на LIGO сме успели да засечем изключително краткия момент, когато е преминала през планетата ни.
Също като при един телескоп, LIGO е трябвало да бъде включен в подходящия момент, за да улови вълната.
За какво бихме могли да използваме гравитационните вълни?
Също като радио вълните, гравитационните са форма на информация и като ги засичаме бихме могли да получим данни от допреди ненаблюдавани кътчета на вселената.
Да вземем например тези две черни дупки. Те са с диаметър по-малко от 150км, но се намират на 1.3 милиарда светлинни години. Не разполагаме с никакви други инструменти, за да получим информация от толкова малки обекти, намиращи се толкова далеч. При видимата светлина едва долавяме цяла галактика на това разстояние.
Най-интересното може би е, че като откриваме повече такива сливащи се черни дупки ще успеем да надникнем в историята на вселената – вероятно още по-близо до Големия взрив.
Как може бъдещите мисии да подобрят LIGO?
Ключовото, което липсва към момента е местоположението. Понеже LIGO има само два детектора, учените са успели да засекат само посоката на сигнала. Трети детектор ще ни помогне да откриваме по-точно откъде идват сигналите – нещо, което може да бъде постигнато с предстоящия VIRGO детектор в Италия.
И докато доказването на гравитационните вълни само по себе си да е една изключително важна новина, по стечение на обстоятелствата това е и първото пряко доказателство за съществуването на черните дупки, както и за това, че могат да са по двойки и да се сливат.
