Коллаборация LIGO зафиксировала сигнал гравитационных волн

Участникам проекта Advanced LIGO совместно с европейским Virgo удалось зафиксировать сигнал от гравитационных волн акустического диапазона. Об этом представители коллаборации объявили на пресс-конференции Национального научного фонда США, начавшейся в Вашингтоне в 18:30 (по Москве).

Статья с результатами исследования была принята к публикации в журнале Physical Review Letters и уже появилась на сайте журнала.

«Мы поймали гравитационные волны, мы сделали это» — заявил представитель aLIGO. Источником волн ученые назвали слияние двух черных дыр массой около 29 и 36 масс Солнца. Сигнал (GW150914) был зафиксирован 14 сентября, его увидели обе обсерватории, входящие в коллаборацию aLIGO. Физики называют сигнал «очень специфическим». Было зафиксировано повышение частоты колебаний со временем — как раз то, что предсказывает Общая теория относительности для сливающихся массивных объектов (чем ближе они подходят друг к другу, тем выше частота вращения и частота испускаемых гравитационных волн).

 Анализ полученного сигнала занял около месяца. Его комбинированная статистическая значимость для двух детекторов составила 4,6 и 5,1 сигма в зависимости от типа используемого анализа.

Энергия, выделенная в результате слияния, эквивалента трем массам Солнца (около 4.6 процента от массы слившихся тел). Данное слияние, по словам ученых, произошло 1,3 миллиарда лет назад (z∼0,1). Поскольку сигнал гравитационных волн, который наблюдает aLIGO, находится в акустическом диапазоне, ученые смогли напрямую перевести колебания в звук и проиграть его на пресс-конференции.

В состав LIGO входят два крупных лазерных интерферометра, расположенные неподалеку от Ливингстона (штат Луизиана) и Хэнфорда (Вашингтон). Интерферометры собраны по Г-схеме, то есть состоят из двух перпендикулярно расположенных равновеликих плечей. Их длина составляет четыре километра. Прохождение гравитационной волны через интерферометр способно менять длину одного плеча относительно другого, что должно сдвигать фазу излучения в этом плече и влиять на картину интерференции. Полученный сигнал затем проходит очистку от шумов, преимущественно возникающего из-за механических (в том числе сейсмических) колебаний и квантового шума фотодетекторов.

Ранее, на первой стадии эксперимента LIGO, физики не могли добиться достаточной чувствительности интерферометра для фиксации тех небольших смещений, которые сопровождают прохождение гравитационных волн. После модернизации, завершившейся летом 2015 года, чувствительность наблюдений удалось повысить почти на порядок (в 3-5 раз для частот 100-300 герц и в 10 раз для более низкочастотных колебаний). Это, по словам физиков, и стало решающим фактором в сегодняшнем открытии. Так, относительная разница в длине плечей интерферометра, которую могла видеть Advanced LIGO, составила около h=1-10^-21. Для четырехкилометровых плечей LIGO эта разница сравнима с размером атомного ядра.

Гравитационные волны — прямое следствие уравнений общей теории относительности, предложенных Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Они описываются уравнениями волнового типа, их решения соответствуют возмущениям пространства-времени, движущимся со скоростью света. В отличие от электромагнитных волн — света — интенсивность гравитационных волн на много порядков меньше, поэтому обнаружить их удалось лишь спустя 100 лет с момента предсказания.

Александр Ершов