Гравитационные волны: как услышали столкновение чёрных дыр

Что такое гравитационная волна

По общей теории относительности Эйнштейна масса искривляет пространство и время, как тяжёлый шар прогибает натянутую резиновую плёнку. Если массивные тела быстро движутся, например кружатся друг вокруг друга, по плёнке бегут волны. Это и есть гравитационные волны: рябь самого пространства, которая распространяется со скоростью света.

Когда такая волна проходит через вас, вы на мгновение чуть-чуть растягиваетесь в одном направлении и сжимаетесь в другом. Но так ничтожно, что почувствовать это невозможно. Эйнштейн предсказал волны в 1916 году и считал их слишком слабыми для любых приборов.

Как их поймали

Детектор LIGO выглядит как огромная буква Г: две трубы длиной по 4 км под прямым углом, внутри вакуум. Лазерный луч делят пополам и посылают по обеим трубам, в конце каждой висит зеркало. Лучи отражаются много раз, возвращаются и складываются.

Если длины труб одинаковы, лучи гасят друг друга, и датчик ничего не видит. Если гравитационная волна чуть удлинит одну трубу и укоротит другую, лучи перестанут совпадать, и датчик заметит свет. Измерять приходится изменение длины примерно в 10⁻¹⁸ метра на 4 км. Это как измерить расстояние до ближайшей звезды с точностью до толщины волоса.

Детекторов два, в штатах Вашингтон и Луизиана. Это нужно, чтобы отличить настоящий сигнал от проезжающего грузовика или землетрясения: волна из космоса придёт на оба почти одновременно, с разницей в несколько миллисекунд.

Сигнал 14 сентября 2015 года

Сигнал длился около двух десятых секунды. Его частота быстро росла, и если перевести его в звук, получится короткое восходящее «чирп», как щебет птицы. Учёные полгода проверяли данные и объявили об открытии 11 февраля 2016 года.

В 2017 году Нобелевскую премию по физике получили Райнер Вайсс, Барри Бэриш и Кип Торн, руководители и создатели проекта. В международной коллаборации LIGO работали и российские физики: группа Московского университета, основанная Владимиром Брагинским, и учёные из Нижнего Новгорода. Они много сделали для снижения шумов в зеркалах.

Откуда берётся золото

17 августа 2017 года детекторы поймали волны от слияния двух нейтронных звёзд, сверхплотных остатков взорвавшихся звёзд. Через две секунды космические телескопы заметили вспышку гамма-излучения, а потом десятки обсерваторий увидели в той же точке неба яркое свечение.

По спектру этого свечения учёные поняли, что при слиянии образовалось огромное количество тяжёлых элементов, в том числе золота и платины. Значит, по крайней мере часть золота во Вселенной рождается при таких столкновениях. Золото в вашем колечке, возможно, появилось при слиянии нейтронных звёзд миллиарды лет назад, ещё до рождения Солнца.

Частые вопросы