Гравитационная обсерватория LIGO впервые обнаружила гравитационные волны, порожденные в ходе процесса слияния нейтронных звезд, и установила точное положение их источника — близлежащую галактику NGC 4993 в созвездии Гидры, сообщили участники коллаборации LIGO на пресс-конференции, проходившей в стенах Института космических исследований РАН в Москве.
"Во всех предыдущих случаях источником гравитационных волн были черные дыры. Как это ни парадоксально, черные дыры – очень простые объекты, полностью описывающиеся хорошо известными законами общей теории относительности. В то же время, структура нейтронных звезд и уравнение состояния нейтронной материи до сих пор точно неизвестны. Поэтому изучение сигналов от сливающихся нейтронных звезд позволит нам получить огромное количество новой информации также и о свойствах сверхплотной материи в экстремальных условиях", — заявил Фарит Халили, один из участников российской группы в рамках LIGO.
Выглядывая в окно "гравитационной Вселенной"
Детектор гравитационных волн LIGO был построен в 2002 году по проектам и планам, которые были разработаны Кипом Торном, Райнером Вайссом и Рональдом Древером в конце 80 годов прошлого века. На первой стадии своей работы, длившейся 8 лет, LIGO не удалось обнаружить "эйнштейновские" колебания пространства-времени, после чего детектор был отключен и последующие 4 года ученые потратили на его обновление и повышение чувствительности.
Эти усилия оправдали себя – в сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 53 Солнца. Впоследствии, LIGO зафиксировал еще три всплеска гравитационных волн, только один из которых был официально признан научным сообществом.
"Первая прямая регистрация гравитационных волн от сталкивающихся черных дыр обсерваторией LIGO состоялась около двух лет тому назад. Было открыто новое окно во Вселенную. Уже сегодня мы видим, какие беспрецедентные возможности создает для исследователей этот новый канал получения информации в сочетании с традиционной астрономией" — говорит Валерий Митрофанов, профессор МГУ и глава одной из групп в рамках LIGO.
Их открытие сделало некоторые другие вопросы, касающиеся гравитационных волн, еще более непонятными и загадочными. Самым главным из них является то, что LIGO долгое время не удавалось обнаружить гравитационные сигналы, вырабатываемые парами нейтронных звезд, который Кип Торн, Михаил Городецкий, еще один российский ученый из LIGO, и другие участники обсерватории ожидали увидеть до того, как детектор "услышит" черные дыры.
Первые слухи о том, что LIGO удалось обнаружить первое подобное событие, появились в середине августа этого года, когда сразу несколько известных физиков, таких как популяризатор науки Брайан Грин и астроном Петер Йоахим, написали в своих социальных сетях о "начале новой эры в истории астрономии".
Авторы этих слухов утверждали, что 17 августа этого года LIGO зафиксировал относительно слабый всплеск гравитационных волн, GW170817, исходивший из галактики NGC 4993, расположенной в созвездии Гидры в 130 миллионах световых лет от Земли. Слияние пульсаров сопровождалось не только выделением гравитационных волн, но и мощной рентгеновским вспышкой, благодаря чему ученым удалось точно зафиксировать ее положение на небе.
"Новая эра в астрономии"
В последующие дни и недели десятки наземных и орбитальных телескопов мира были направлены на эту галактику, и отрицать факт открытия уже стало невозможно. По этой причине руководство LIGO не стало ждать и решило сообщить об этом открытии не через полгода, как в прошлые два раза, а сразу после проверки результатов наблюдений.
Чем отличаются гравитационные волны, вырабатываемые пульсарами и черными дырами? Как объясняют ученые, есть два принципиальных их отличия друг от друга. "Пульсарные" гравитационные волны, как правило, примерно на порядок слабее, но при этом они проявляют себя гораздо дольше, чем всплески, порождаемые черными дырами. В среднем, они должны длиться несколько сотен секунд или десятков минут, а не долю секунды.
Кроме того, процесс слияния черных дыр является очень "чистым" с точки зрения побочных продуктов этого процесса – фактически вся энергия, вырабатываемая в ходе их столкновения, превращается в гравитационные волны. Процесс слияния пульсаров, в свою очередь, сопровождается мощной вспышкой в гамма-диапазоне, что позволяет точно локализовать источник гравитационных волн.
Как показали наблюдения, проведенные при помощи телескопа "Ферми" и ряда наземных обсерваторий, а также расчеты теоретиков, гравитационные волны были порождены двумя пульсарами, масса которых составляла 1,1 и 1,6 массы Солнца, а радиус — около 10-20 километров. Сила гамма-вспышки, возникшей в результате этого слияния, как отметили участники пресс-конференции, в целом соответствует тем значениям, которые предсказываются теорей относительности Эйнштейна.
Обнаружение этой вспышки в галактике NGC 4993, как отметил Дэвид Шумейкер, руководитель проекта LIGO, является наглядной и видной любому человеку демонстрацией того, что гравитационные волны существуют и что теория относительности Эйнштейна правильно их описывает и предсказывает. Как надеются ученые, дальнейшие наблюдения за подобными событиями помогут нам понять, являются ли подобные слияния источником гамма-всплесков и других загадок Вселенной, в том числе тайны происхождения видимой материи.
"В процессе слияния зафиксировано образование тяжелых элементов. Поэтому можно говорить даже о галактической фабрике по производству тяжелых элементов, в том числе золота — ведь именно этот металл больше всего интересует землян. Ученые начинают предлагать модели, которые объяснили бы наблюдаемые параметры этого слияния", — отметил Сергей Вятчанин, профессор МГУ и один из участников LIGO.
Ключевую роль в этом открытии, помимо LIGO, сыграли и оптические обсерватории со всего мира, в том числе и российская сеть автоматизированных телескопов "МАСТЕР", созданная астрономами из МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством профессора Владимира Липунова. Наблюдения, которые "МАСТЕР" вел параллельно с гравитационными детекторами, помогли астрономам локализовать источник гравитационных волн и найти галактику, где произошло слияние пульсаров.
