Физики из международных коллабораций LIGO и Virgo второй раз в истории наблюдений зафиксировали гравитационные волны. Об этом ученые сообщили на пресс-конференции, состоявшейся 15 июня в Сан-Диего, в рамках 228-й встречи Американского астрономического общества и, одновременно с этим, в Государственном астрономическом институте имени Штернберга, МГУ. Статья о втором обнаружении гравитационных волн опубликована в Physical Review Letters.
Детекторы зафиксировали событие 26 декабря 2015 года, в 3:38:53 UTC. Согласно данным исследователей, источником сигнала послужило слияние двух черных дыр с массами 14,2 +8,3-3,7 и 7,5 +2,3-2,3 масс Солнца. Около одной солнечной массы превратилось в энергию, в том числе в гравитационные волны. Столкновение произошло около 1,4 миллиарда лет назад, но лишь в декабре гравитационные волны достигли Земли. Статистическая значимость события впервые превысила 5 сигма.
По крайней мере у одной из черных дыр спин достигал 0,2 — 20 процентов от максимальной скорости вращения. Локализовать источник удалось на площади 850 квадратных градусов. Разница между моментами фиксации гравитационных волн на детекторах составила 1,1 миллисекунды.
Валерий Митрофанов, представитель коллаборации LIGO, отметил, что за четыре месяца работы детекторов было обнаружено еще одно (третье) событие. Но вероятность того, что оно являлось гравитационной волной составляет лишь 67 процентов, поэтому ученые не включили его в отчетную презентацию.
По словам представителей коллаборации LIGO, с конца января гравитационные детекторы aLIGO не работают. Специалисты занимаются устранением недочетов, обнаруженных во время первого пуска обсерватории. Первый пуск aLIGO продлился четыре месяца — с сентября 2015 по январь 2016 года. Детектор снова начнет работать с сентября 2016 года.
Эксперимент LIGO состоит из двух детекторов, расположенных на расстоянии свыше трех тысяч километров друг от друга — в штатах Луизиана и Вашингтон. Каждый из них представляет собой Г-образный интерферометр Майкельсона. Он состоит из двух 4-километровых вакуумированных оптических плеч. Луч лазера расщепляют на две составляющие, которые проходят по трубам, отражаются от их концов и объединяются вновь. В случае если длина плеча изменилась наблюдается интерференция между лучами, что фиксируется детекторами. Большое расстояние между обсерваториями позволяет увидеть разность во времени прибытия гравитационных волн — из предположения о том, что последние распространяются со скоростью света, разница времени прибытия достигает 10 миллисекунд.
Эксперимент Virgo обладает аналогичной геометрией. На сегодняшний день детектор модернизируется, и первые данные с него ожидаются в конце 2016 году. Все данные, получаемые гравитационными обсерваториями обрабатываются совместно коллаборациями LIGO и Virgo.
Гравитационные волны — волны колебания геометрии пространства-времени, предсказанные в рамках Общей теории относительности. Первое доказательство их существования было представлено коллаборациями LIGO и Virgo в феврале 2016 года — спустя 100 лет после предсказаний Эйнштейна. Подробнее о том, что такое гравитационные волны можно прочитать в нашем материале.
Их величина очень мала, относительное изменение длины плеч интерферометра во время детектирования первого из событий составило всего 1.10-21. Это расстояние сопоставимо с размерами атомного ядра. Зафиксировать такую маленькую подвижку стало возможно лишь благодаря модернизации комплекса, завершившейся к сентябрю 2015 года. Сигнал гравитационных волн был «пойман» обсерваторией 14 сентября.
Источником первых гравитационных волн, обнаруженных человечеством, стало слияние двух черных дыр c массами около 29 и 36 масс Солнца соответственно. Массы и характер сталкивающихся тел ученые установили, сравнив экспериментальные графики с предсказаниями моделей. Масса образовавшейся черной дыры оказалась на три массы Солнца меньше, чем сумма масс компактных объектов. Слияние объектов произошло 1,3 миллиарда лет назад.
Установить точное местоположение сигнала, к сожалению, оказалось невозможным. Ученые выдвигали предположение, что спутник «Ферми» зафиксировал гамма-всплеск, ассоциированный с гравитационными волнами. Это могло уточнить местоположение источника, однако впоследствии предположение было опровергнуто.