Революция във физиката: Гравитационните вълни съществуват (видео)

За първи път учените са наблюдавали вълни в тъканта на пространство-времето, наречени гравитационни вълни, стигнали до нас от катаклизъм в далечната Вселена.

Това потвърждава основното предсказание от 1915 година на Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн и дава възможност на погледнем по нов начин към Вселената и далечния космос.

Това бе съобщено на пресконференция в четвъртък, 11 февруари в Националния пресклуб във Вашингтон. 

Откритите гравитационни вълни са били произведени по време на последната част от секундата от сливането на две черни дупки (29 и 36 пъти масата на Слънцето), събиращи се в една-единствена масивна въртяща се черна дупка, 62 пъти по-масивна от Слънцето. Тaкъв сблъсък на две черни дупки е бил прогнозиран, но никога не е бил наблюдаван досега.

Гравитационните вълни са били открити на 14 септември 2015 г. 09:51 UTC (11:51 бълг. време) от гравитационната обсерватория LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) - от датчиците, разположени в Ливингстън, Луизиана и Ханфорд, Вашингтон, САЩ. Анализирайки на моментите на пристигане на сигнала (детекторът в Ливингстън  записва събитието седем милисекунди преди детектора в Ханфорд), учените предполагат, че източникът се намира в южното полукълбо.

Регистрираният сигнал от гравитационната обсерватория LIGO е с честота 35-250 Hz и с амплитуда на деформацията в метриката на пространство-времето h = 1.0 × 10^-21 (Амплитудата h на гравитационната вълна е безразмерна величина - тя представлява относителната промяна на разстоянието).

Откритието е публикувано в списание Physical Review Letters и е направено от колаборацията LIGO и колаборацията Virgo, използвайки данните от двата детектори на LIGO.

Констатацията е със стандартно отклонение 5.1σ, т.е. вероятността за грешка е около 0.00005%.

"Това откритие е началото на една нова ера: вълните на гравитационното поле в астрономията са вече реалност", заяви Габриела Гонсалес, говорител на колаборацията LIGO и професор по физика и астрономия в щатския Университет на Луизиана.

Професор Кип Торн от Калифорнийския технологичен институт и един от основоположниците на LIGO заяви, че досега, астрономите са разглеждали Вселената като на спокойно море. Всичко това обаче се е променило вече.

Симулация на сливането на две черни дупки:

Гравитационните вълни

Гравитационните вълни са вълни в пространство-времето, които възникват когато масивни тела се ускоряват в пространството, например двойка неутронни звезди, бели джуджета или черни дупки обикалящи една около друга.

Алберт Айнщайн пръв прогнозира съществуването на тези вълни през 1916 г. въз основа на своята Обща теория на относителността. Но цял един век все още не бяха наблюдавани пряко.

Поради слабостта на гравитационното взаимодействие тези вълни е трудно да се регистрират, обаче, че въпреки липсата на преки наблюдения, има косвени доказателства за тяхното съществуване. Например, двойният пулсар PSR B1913 + 16,  намалява орбиталния си период, поради загуба на енергия, в следствие на гравитационно излъчване.

Обсерватория LIGO

LIGO е бил предложен като средство за откриване на гравитационни вълни през 1980 г. от Райнер Вайс, професор по физика, от MIT; Кип Торн, Калтек и Ричар. Файнман професор по теоретична физика от Калифорнийския технологичен институт.

LIGO е система от два еднакви детектори прецизно конструирани да откриват невероятно малките колебания от преминаване на гравитационни вълни. Обсерваторията е замислена и построена от  изследователи на Масачузетския и Калифорнийския технологичен институт.

Двата детектора са разположени в Ливингстън, Луизиана и Ханфорд, Вашингтон. Проучването и анализа на данните от детекторите се извършва от международна група от учени.

Принципът на действие на LIGO се основава на явлението интерференция. Полупрозрачно диагонално огледало разделя лазерен лъч на два, единията, например, по очакваното развитие на вълната, а другият - в перпендикулярна посока. Тези лъчи се отразяват стотици пъти на набор от поставени едно срещу друго огледала и след това отново се комбинират с помощта на полупрозрачното огледало. При застъпването им електромагнитните вълни могат да засилят, да намалят или дори напълно да се угасят взаимно в зависимост от фазовата разлика, а тази разлика зависи от дължината на пътя, измината от всеки лъч.

Под въздействието на гравитационните вълни, първо едното рамо на устройство ще стане малко по-късо, а другото - по-дълго, след това - обратно. Наблюденията на интерференцията на лъчите ще позволяват да се забележат малки премествания на огледалата на нищожна част от дължината на лазерната вълна. Откриването на тези промени и ще бъде доказателство за съществуването на гравитационни вълни.

Обсерватория LIGO търсеше безуспешно такива сигнали от 2002 до 2010 година. По-чувствителният Advanced LIGO или aLIGO, започва да събира данни на 18 септември 2015 година. Новият експеримент използва по-силни и по-добри лазерни огледала в двата детектора.

"Детекторите Advanced LIGO са проява на силата на науката и технологиите и станаха възможни благодарение на един наистина изключителен международен екип от техници, инженери и учени", заяви Дейвид Шумейкър на MIT, ръководител на проекта за Advanced LIGO.

Още по темата

12/02/2016

Физика

Пулсът на пространството (аудио, видео)

10/02/2016

Новини

Възможно е да обявят откриването на гравитационни вълни в четвъртък (стрийм)