Небольшое отступление от оружейной тематики
Спустя семь лет после их открытия рябь в пространстве-времени открыла новые окна в глубочайшие секреты Вселенной.
СИДНИ ПЕРКОВИЦ 7 Июня 2022 г.
Когда в 1609 году Галилео Галилей впервые навел небольшой телескоп на небо, он начал революцию в астрономии. Сегодня огромные телескопы и радиотарелки рассказывают нам о Вселенной. Но они не могут напрямую исследовать невидимые резко искривленные области пространства-времени, называемые черными дырами, или найти до сих пор не обнаруженные невидимые туннели сквозь пространство-время, называемые червоточинами, теоретически обеспечивающие мгновенный космический перенос и, возможно, путешествие во времени. (Можно добавить космическую плесень, которая мгновенно поражает мозг гуманоида).
Однако теперь мы обнаружили гравитационные волны, неровности в пространстве-времени, которые могут напрямую выявить черные дыры и червоточины по тому, как они колеблют ткань вселенной. Райнер Вайс из Массачусетского технологического института, который вместе с Барри Бэришем и Кипом Торном из Калифорнийского технологического института получил Нобелевскую премию 2017 года за открытие, говорит , что астрономические исследования после первоначального наблюдения «принесли столько научных открытий, что это невероятно».
Эйнштейн предсказал гравитационные волны в 1916 году после разработки общей теории относительности, его теории гравитации, которая рассматривает гравитацию не как силу, а как результат искривления пространства-времени. Он показал, что ускоряющаяся масса будет генерировать гравитационные волны, движущиеся со скоростью света, аналогичные электромагнитным волнам, создаваемым ускоряющими электрическими зарядами, но отличающиеся от них. Сам Эйнштейн не был уверен, будут ли они когда-либо обнаружены, но он полностью осознавал их важность как потенциальное прямое экспериментальное подтверждение его взгляда на пространство-время как на основную космическую ткань.
Эйнштейн задавался вопросом об открытии гравитационных волн, потому что они чрезвычайно слабы, слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить, если только они не исходят от массивных тел, находящихся в быстром движении. К счастью, этим критериям удовлетворяют черные дыры при столкновении. Гравитационные волны были наконец обнаружены 14 сентября 2015 года двумя отдельными установками LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в Соединенных Штатах. 1 Каждая из них состоит из двух ветвей длиной по 4 километра, образующих L-образную форму. Лазерные лучи, отражаясь между зеркалами, пересекают ноги и встречаются в углу буквы L, где их интерференционная картина реагирует на крошечные пространственные изменения, когда гравитационная волна проносится мимо.
Это первое наблюдение было сделано двумя черными дырами, в 36 и 29 раз массивнее нашего Солнца, когда их взаимное гравитационное притяжение отправило их по спирали друг в друга, достигнув скорости, равной половине скорости света, непосредственно перед столкновением. LIGO обнаружил возникающую кратковременную гравитационную волну как сигнал, точно соответствующий предсказанию общей теории относительности. Это прямое свидетельство гравитационных волн также впервые показало, что две черные дыры могут сливаться; в данном случае в черную дыру массой 62 солнечных.
LIGO проявила замечательную чувствительность при регистрации этого события, реагируя на искажения в пространстве, которые изменили 4-километровое расстояние между зеркалами меньше, чем диаметр протона. Этот подвиг положил начало астрономической программе LIGO под эгидой Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института и в сотрудничестве с обсерваторией гравитационных волн Virgo в Италии, к которой в 2020 году присоединилась обсерватория KAGRA в Японии. К 2021 году консорциум наблюдал 90 событий гравитационных волн. Столетия астрономии электромагнитных волн создали каталоги звезд и галактик, которые классифицируют их по их фундаментальным свойствам. Теперь гравитационно-волновая астрономия делает то же самое для черных дыр и их двоюродных братьев, нейтронных звезд, плотных объектов, которые могут образовываться на пути к образованию черной дыры.
Большинство наблюдаемых до сих пор событий представляют собой слияния двух черных дыр в диапазоне масс. Согласно теории относительности, черная дыра определяется всего тремя основными свойствами. Каждая черная дыра имеет массу, хотя данная черная дыра может также вращаться в пространстве или нести электрический заряд, а может и не вращаться. Соответственно, астрофизики создали первую таксономию черных дыр по массе. Три ее категории были определены косвенно до появления гравитационно-волновой астрономии путем наблюдения за гравитационным притяжением черных дыр к ближайшим звездам или к пыли и газу.
Первая категория — это черные дыры звездной массы, возникшие в результате нормальной эволюции звезд, более массивных, чем наше Солнце. Как и у всех звезд, их ядерное топливо поддерживает их стабильность, поскольку оно создает внешнее давление, противодействующее внутреннему притяжению гравитации. Но когда топливо кончается, начинает править гравитация, конденсируя звездный материал в ядро. Если ядро содержит от одной до трех масс Солнца, сжатие продолжается до тех пор, пока протоны и электроны в атомах не сольются в нейтроны, образуя нейтронную звезду диаметром всего 10-20 километров. Если масса ядра превышает три солнечные массы, сжатие никогда не прекращается. Он вызывает колоссальный взрыв сверхновой, а затем сжимает оставшееся ядро до бесконечно малого объема. Это звездная черная дыра, содержащая до 100 солнечных масс в зависимости от свойств исходной звезды.
Астрономия с момента первого наблюдения гравитационных волн «сделала столько научных открытий, что это невероятно».
Вторая категория включает сверхмассивные черные дыры с массой от 100 000 до миллиардов солнечных, которые, как считается, находятся в центрах большинства галактик. Сверхмассивная черная дыра в нашем собственном Млечном Пути имеет массу 4 миллионов солнц (она и еще одна сверхмассивная черная дыра в галактике Мессье 87 были только что «сфотографированы» командой телескопов, показывая свечение, которое черные дыры производят в окружающей среде). газ). В некоторых очень далеких и, следовательно, сравнительно молодых галактиках сверхмассивные черные дыры проявляются как квазары, называемые «квазизвездными радиоисточниками», когда их впервые увидели в 1962 году. видны за миллиарды световых лет. Центральное положение и распространенность сверхмассивных черных дыр в галактиках, особенно молодых, предполагает, что они являются неотъемлемой частью галактического рождения и развития. Это еще предстоит изучить вместе с процессом, который делает их такими массивными.
Огромная разница в массе между звездными черными дырами и сверхмассивными черными дырами привела к поиску черных дыр с массами от 100 до 100 000 масс Солнца. Есть некоторые косвенные доказательства того, что они существуют, что определяет третью категорию черных дыр промежуточной массы, но их было обнаружено немного, а процесс их формирования неизвестен.
Результаты гравитационных волн до сих пор исследуют или имеют последствия для всех трех категорий. Многие открытия основаны на последних результатах, опубликованных в 2021 году. Из 35 зарегистрированных гравитационных событий 32 представляют собойслияния пар черных дыр звездной массы от 10 до 90 масс Солнца, что свидетельствует о распространенности и широком диапазоне этой категории. Примечательно, что некоторые слияния образовали черные дыры с массой более 100 солнечных. Самое надежное из этих наблюдений, обозначенное как GW190521, показало столкновение двух черных дыр массой 85 и 66 масс Солнца, что привело к образованию остатка черной дыры массой 142 массы Солнца, что стало первым прямым свидетельством образования черной дыры промежуточной массы. Теоретики предполагают, что слияния промежуточных черных дыр внутри галактик могут способствовать росту сверхмассивных черных дыр и галактическому развитию.
Гравитационно-волновая астрономия может также выявить четвертую, спекулятивную категорию черных дыр —первичные черные дыры, предположительно образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, когда флуктуации в распределении материи могли создать сверхплотные области. Возможно, первичные черные дыры посеяли сверхмассивные черные дыры и, таким образом, могли иметь решающее значение для формирования галактик и космической структуры. Уже одно это мотивировало бы их поиски, но есть и другая причина. Если какие-то первичные черные дыры дожили до наших дней, они могли бы ответить на самый большой открытый вопрос в физике и астрофизике: какова природа темной материи, которую нельзя наблюдать с помощью обычной астрономии? Пока мы не поймем эту неизвестную субстанцию, составляющую 85 процентов всей материи, у нас будет неполное представление о Вселенной. Но до сих пор никто не нашел подходящих новых видов элементарных частиц, объясняющих существование темной материи.
Один первоначальный поиск первичных черных дыр LIGO / Virgo искал черные дыры с массой в одну солнечную или меньше, крошечный размер, который, согласно некоторым теориям, мог образоваться в ранней Вселенной. Ничего не было найдено, но в двух недавних работах предполагается, что другие данные о гравитационных волнах могут уже указывать на первичные черные дыры. В одной статье отмечалось, что при определенных теоретических предположениях черные дыры в событии слияния GW190521 могут иметь исконное, а не звездное происхождение. 2 Исходя из этого, вторая статья предположила, что статистический анализ данных LIGO/Virgo может показать, что первичные черные дыры уже вносят свой вклад в наблюдения гравитационных волн. 3Авторы признают, что для настоящего подтверждения этой «заманчивой возможности» потребуются более совершенные теории и, наконец, проверка наблюдениями. Обнаружение первичных черных дыр стало бы большим триумфом гравитационно-волновой астрономии и прорывом в космологии, особенно если они связаны с темной материей.
В рамках новых знаний о черных дырах два из 35 наблюдений гравитационных волн, зарегистрированных в 2021 году, представляют собой невиданное ранее космическое событие — слияние черной дыры и нейтронной звезды. Ранее, в 2017 году, LIGO/Virgo провела первое наблюдение двух сталкивающихся нейтронных звезд. Оба типа взаимодействий расскажут больше об этих плотных звездах, но, по словам Вайса, «то, что вызвало наибольший резонанс, — это столкновение нейтронных звезд». Это было первое событие, которое когда-либо отслеживалось с помощью методов гравитационных волн и электромагнитных волн, известного как астрономия с несколькими посланниками , что дало богатый набор результатов.
Например, одни только данные LIGO/Virgo могли поместить столкновение только в созвездие Гидры, но когда обсерватории электромагнитных волн по всему миру изучили свет, исходящий от образовавшегося взрыва, событие было более точно помещено около галактики под названием NGC 4993. Двойной анализ также показал, что в результате столкновения образовались химические элементы тяжелее железа, такие как золото и платина, что дало дальнейшее понимание процесса, посредством которого звезды производят тяжелые элементы. В-третьих, почти одновременное появление гравитационных и электромагнитных волн из одного и того же источника на расстоянии 130 миллионов световых лет окончательно подтвердило предсказание Эйнштейна о том, что гравитационные волны распространяются со скоростью света. Наконец, анализ с несколькими мессенджерами также предоставил новый способ измерения постоянной Хаббла.
Может ли огромная масса в центре Млечного Пути быть концом червоточины, а не черной дыры?
Астрономия с несколькими мессенджерами предлагает и другие возможности, такие как исследование вращающихся нейтронных звезд, называемых пульсарами. Их можно обнаружить, потому что они испускают лучи электромагнитных волн, которые приходят через равные промежутки времени, когда они проносятся по Земле, как луч маяка. Если нейтронная звезда асимметрична, она также будет излучать гравитационные волны при вращении, что даст дополнительные сведения о сверхплотной структуре звезды. В 2021 году LIGO/Virgo использовала методы электромагнитных волн и гравитационных волн для выбора и исследования 18 пульсаров. 4 Гравитационные волны не обнаружены, но планируется новый сеанс наблюдений с более высокой чувствительностью.
Другой особенно экзотический проект с несколькими мессенджерами также потребует более высокой чувствительности. Это навеяно предположением, что огромная масса в центре Млечного Пути — это не сверхмассивная черная дыра, а один конец червоточины. Некоторые исследователи предполагают, что сверхточные измерения электромагнитных волн звезд, вращающихся вокруг галактического центра, могут отличить сверхмассивную черную дыру от червоточины; другие считают, что данные о гравитационных волнах могут сделать различие. Теоретик Орельен Хис из Парижской обсерватории, который работал с измерениями звездных орбит, обнаружившими 4 миллиона солнечных масс в нашем галактическом центре, считает, что ни одна из форм астрономии пока не является достаточно точной. Но, добавляет он, телескопы электромагнитных волн следующего поколения и детекторы гравитационных волн могут вместе исследовать эту интригующую возможность.
В электромагнитной волновой астрономии «следующее поколение» означает телескопы с еще большими зеркалами или радиотарелками, чтобы лучше собирать тусклый свет из далекой вселенной. В гравитационно-волновой астрономии «следующее поколение» означает все более длинные детекторы. Пространственное изменение длины, регистрируемое лазерным интерферометром, пропорционально расстоянию между зеркалами интерферометра: чем больше расстояние, тем чувствительнее детектор (на чувствительность влияет и множество других факторов). Также, как и любая волна, гравитационная волна имеет частоту, которая тем меньше, чем больше зародившаяся масса, и зависит от того, как она движется. Детектор с широким частотным диапазоном может регистрировать более разнообразные типы гравитационно-волновых явлений.
Эти принципы лежат в основе планирования усовершенствованных обсерваторий гравитационных волн, таких как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), предложенная Европейским космическим агентством. 5Три орбитальных корабля с лазерами и зеркалами образуют сверхчувствительный треугольный интерферометр с ветвями длиной 2,5 миллиона километров. Вдали от земных источников измерительного шума LISA может обнаруживать частоты гравитационных волн намного ниже 1 Гц, что позволяет проводить новые исследования сверхмассивных черных дыр. LISA не будет запущена до 2037 года, но наземные обновления могут появиться раньше. Европейские ученые предлагают телескоп Эйнштейна, треугольный интерферометр с тремя 10-километровыми рукавами, а ученые США предлагают космический исследователь. Он будет следовать конструкции LIGO «L» с рукавами длиной 40 километров, что даст номинальное десятикратное увеличение чувствительности с другими улучшениями производительности.
Гравитационные волны продолжают поражать
Спустя семь лет после их открытия рябь в пространстве-времени открыла новые окна в глубочайшие секреты Вселенной.
- СИДНИ ПЕРКОВИЦ7 Июня 2022 Г.
Вт
Когда в 1609 году Галилео Галилей впервые навел небольшой телескоп на небо, он начал революцию в астрономии. Сегодня огромные телескопы и радиотарелки рассказывают нам о Вселенной. Но они не могут напрямую исследовать невидимые резко искривленные области пространства-времени, называемые черными дырами, или найти до сих пор не обнаруженные невидимые туннели сквозь пространство-время, называемые червоточинами, теоретически обеспечивающие мгновенный космический перенос и, возможно, путешествие во времени.
Однако теперь мы обнаружили гравитационные волны, неровности в пространстве-времени, которые могут напрямую выявить черные дыры и червоточины по тому, как они колеблют ткань вселенной. Райнер Вайс из Массачусетского технологического института, который вместе с Барри Бэришем и Кипом Торном из Калифорнийского технологического института получил Нобелевскую премию 2017 года за открытие, говорит Наутилусу , что астрономические исследования после первоначального наблюдения «принесли столько научных открытий, что это невероятно».
Эйнштейн предсказал гравитационные волны в 1916 году после разработки общей теории относительности, его теории гравитации, которая рассматривает гравитацию не как силу, а как результат искривления пространства-времени. Он показал, что ускоряющаяся масса будет генерировать гравитационные волны, движущиеся со скоростью света, аналогичные электромагнитным волнам, создаваемым ускоряющими электрическими зарядами, но отличающиеся от них. Сам Эйнштейн не был уверен, будут ли они когда-либо обнаружены, но он полностью осознавал их важность как потенциальное прямое экспериментальное подтверждение его взгляда на пространство-время как на основную космическую ткань.
4 МИЛЛИОНА СОЛНЦЕ: Сверхмассивная черная дыра в нашем Млечном Пути, Стрелец A*, заснятая в этом году группой телескопов, имеет массу 4 миллиона солнц. Светящееся кольцо окружает газ, нагретый по мере того, как черная дыра втягивает его внутрь. Фото НАСА.
Эйнштейн задавался вопросом об открытии гравитационных волн, потому что они чрезвычайно слабы, слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить, если только они не исходят от массивных тел, находящихся в быстром движении. К счастью, этим критериям удовлетворяют черные дыры при столкновении. Гравитационные волны были наконец обнаружены 14 сентября 2015 года двумя отдельными установками LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в Соединенных Штатах. 1 Каждая из них состоит из двух ветвей длиной по 4 километра, образующих L-образную форму. Лазерные лучи, отражаясь между зеркалами, пересекают ноги и встречаются в углу буквы L, где их интерференционная картина реагирует на крошечные пространственные изменения, когда гравитационная волна проносится мимо.
Это первое наблюдение было сделано двумя черными дырами, в 36 и 29 раз массивнее нашего Солнца, когда их взаимное гравитационное притяжение отправило их по спирали друг в друга, достигнув скорости, равной половине скорости света, непосредственно перед столкновением. LIGO обнаружил возникающую кратковременную гравитационную волну как сигнал, точно соответствующий предсказанию общей теории относительности. Это прямое свидетельство гравитационных волн также впервые показало, что две черные дыры могут сливаться; в данном случае в черную дыру массой 62 солнечных.
LIGO проявила замечательную чувствительность при регистрации этого события, реагируя на искажения в пространстве, которые изменили 4-километровое расстояние между зеркалами меньше, чем диаметр протона. Этот подвиг положил начало астрономической программе LIGO под эгидой Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института и в сотрудничестве с обсерваторией гравитационных волн Virgo в Италии, к которой в 2020 году присоединилась обсерватория KAGRA в Японии. К 2021 году консорциум наблюдал 90 событий гравитационных волн. Столетия астрономии электромагнитных волн создали каталоги звезд и галактик, которые классифицируют их по их фундаментальным свойствам. Теперь гравитационно-волновая астрономия делает то же самое для черных дыр и их двоюродных братьев, нейтронных звезд, плотных объектов, которые могут образовываться на пути к образованию черной дыры.
М
Большинство наблюдаемых до сих пор событий представляют собой слияния двух черных дыр в диапазоне масс. Согласно теории относительности, черная дыра определяется всего тремя основными свойствами. Каждая черная дыра имеет массу, хотя данная черная дыра может также вращаться в пространстве или нести электрический заряд, а может и не вращаться. Соответственно, астрофизики создали первую таксономию черных дыр по массе. Три ее категории были определены косвенно до появления гравитационно-волновой астрономии путем наблюдения за гравитационным притяжением черных дыр к ближайшим звездам или к пыли и газу.
Первая категория — это черные дыры звездной массы, возникшие в результате нормальной эволюции звезд, более массивных, чем наше Солнце. Как и у всех звезд, их ядерное топливо поддерживает их стабильность, поскольку оно создает внешнее давление, противодействующее внутреннему притяжению гравитации. Но когда топливо кончается, начинает править гравитация, конденсируя звездный материал в ядро. Если ядро содержит от одной до трех масс Солнца, сжатие продолжается до тех пор, пока протоны и электроны в атомах не сольются в нейтроны, образуя нейтронную звезду диаметром всего 10-20 километров. Если масса ядра превышает три солнечные массы, сжатие никогда не прекращается. Он вызывает колоссальный взрыв сверхновой, а затем сжимает оставшееся ядро до бесконечно малого объема. Это звездная черная дыра, содержащая до 100 солнечных масс в зависимости от свойств исходной звезды.
Астрономия с момента первого наблюдения гравитационных волн «сделала столько научных открытий, что это невероятно».
Вторая категория включает сверхмассивные черные дыры с массой от 100 000 до миллиардов солнечных, которые, как считается, находятся в центрах большинства галактик. Сверхмассивная черная дыра в нашем собственном Млечном Пути имеет массу 4 миллионов солнц (она и еще одна сверхмассивная черная дыра в галактике Мессье 87 были только что «сфотографированы» командой телескопов, показывая свечение, которое черные дыры производят в окружающей среде). газ). В некоторых очень далеких и, следовательно, сравнительно молодых галактиках сверхмассивные черные дыры проявляются как квазары, называемые «квазизвездными радиоисточниками», когда их впервые увидели в 1962 году. видны за миллиарды световых лет. Центральное положение и распространенность сверхмассивных черных дыр в галактиках, особенно молодых, предполагает, что они являются неотъемлемой частью галактического рождения и развития. Это еще предстоит изучить вместе с процессом, который делает их такими массивными.
Огромная разница в массе между звездными черными дырами и сверхмассивными черными дырами привела к поиску черных дыр с массами от 100 до 100 000 масс Солнца. Есть некоторые косвенные доказательства того, что они существуют, что определяет третью категорию черных дыр промежуточной массы, но их было обнаружено немного, а процесс их формирования неизвестен.
Результаты гравитационных волн до сих пор исследуют или имеют последствия для всех трех категорий. Многие открытия основаны на последних результатах, опубликованных в 2021 году. Из 35 зарегистрированных гравитационных событий 32 представляют собойслияния пар черных дыр звездной массы от 10 до 90 масс Солнца, что свидетельствует о распространенности и широком диапазоне этой категории. Примечательно, что некоторые слияния образовали черные дыры с массой более 100 солнечных. Самое надежное из этих наблюдений, обозначенное как GW190521, показало столкновение двух черных дыр массой 85 и 66 масс Солнца, что привело к образованию остатка черной дыры массой 142 массы Солнца, что стало первым прямым свидетельством образования черной дыры промежуточной массы. Теоретики предполагают, что слияния промежуточных черных дыр внутри галактик могут способствовать росту сверхмассивных черных дыр и галактическому развитию.
Гравитационно-волновая астрономия может также выявить четвертую, спекулятивную категорию черных дыр —первичные черные дыры, предположительно образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, когда флуктуации в распределении материи могли создать сверхплотные области. Возможно, первичные черные дыры посеяли сверхмассивные черные дыры и, таким образом, могли иметь решающее значение для формирования галактик и космической структуры. Уже одно это мотивировало бы их поиски, но есть и другая причина. Если какие-то первичные черные дыры дожили до наших дней, они могли бы ответить на самый большой открытый вопрос в физике и астрофизике: какова природа темной материи, которую нельзя наблюдать с помощью обычной астрономии? Пока мы не поймем эту неизвестную субстанцию, составляющую 85 процентов всей материи, у нас будет неполное представление о Вселенной. Но до сих пор никто не нашел подходящих новых видов элементарных частиц, объясняющих существование темной материи.
Один первоначальный поиск первичных черных дыр LIGO / Virgo искал черные дыры с массой в одну солнечную или меньше, крошечный размер, который, согласно некоторым теориям, мог образоваться в ранней Вселенной. Ничего не было найдено, но в двух недавних работах предполагается, что другие данные о гравитационных волнах могут уже указывать на первичные черные дыры. В одной статье отмечалось, что при определенных теоретических предположениях черные дыры в событии слияния GW190521 могут иметь исконное, а не звездное происхождение. 2 Исходя из этого, вторая статья предположила, что статистический анализ данных LIGO/Virgo может показать, что первичные черные дыры уже вносят свой вклад в наблюдения гравитационных волн. 3Авторы признают, что для настоящего подтверждения этой «заманчивой возможности» потребуются более совершенные теории и, наконец, проверка наблюдениями. Обнаружение первичных черных дыр стало бы большим триумфом гравитационно-волновой астрономии и прорывом в космологии, особенно если они связаны с темной материей.
А
В рамках новых знаний о черных дырах два из 35 наблюдений гравитационных волн, зарегистрированных в 2021 году, представляют собой невиданное ранее космическое событие — слияние черной дыры и нейтронной звезды. Ранее, в 2017 году, LIGO/Virgo провела первое наблюдение двух сталкивающихся нейтронных звезд. Оба типа взаимодействий расскажут больше об этих плотных звездах, но, по словам Вайса, «то, что вызвало наибольший резонанс, — это столкновение нейтронных звезд». Это было первое событие, которое когда-либо отслеживалось с помощью методов гравитационных волн и электромагнитных волн, известного как астрономия с несколькими посланниками , что дало богатый набор результатов.
Например, одни только данные LIGO/Virgo могли поместить столкновение только в созвездие Гидры, но когда обсерватории электромагнитных волн по всему миру изучили свет, исходящий от образовавшегося взрыва, событие было более точно помещено около галактики под названием NGC 4993. Двойной анализ также показал, что в результате столкновения образовались химические элементы тяжелее железа, такие как золото и платина, что дало дальнейшее понимание процесса, посредством которого звезды производят тяжелые элементы. В-третьих, почти одновременное появление гравитационных и электромагнитных волн из одного и того же источника на расстоянии 130 миллионов световых лет окончательно подтвердило предсказание Эйнштейна о том, что гравитационные волны распространяются со скоростью света. Наконец, анализ с несколькими мессенджерами также предоставил новый способ измерения постоянной Хаббла.
Может ли огромная масса в центре Млечного Пути быть концом червоточины, а не черной дыры?
Астрономия с несколькими мессенджерами предлагает и другие возможности, такие как исследование вращающихся нейтронных звезд, называемых пульсарами. Их можно обнаружить, потому что они испускают лучи электромагнитных волн, которые приходят через равные промежутки времени, когда они проносятся по Земле, как луч маяка. Если нейтронная звезда асимметрична, она также будет излучать гравитационные волны при вращении, что даст дополнительные сведения о сверхплотной структуре звезды. В 2021 году LIGO/Virgo использовала методы электромагнитных волн и гравитационных волн для выбора и исследования 18 пульсаров. 4 Гравитационные волны не обнаружены, но планируется новый сеанс наблюдений с более высокой чувствительностью.
Другой особенно экзотический проект с несколькими мессенджерами также потребует более высокой чувствительности. Это навеяно предположением, что огромная масса в центре Млечного Пути — это не сверхмассивная черная дыра, а один конец червоточины. Некоторые исследователи предполагают, что сверхточные измерения электромагнитных волн звезд, вращающихся вокруг галактического центра, могут отличить сверхмассивную черную дыру от червоточины; другие считают, что данные о гравитационных волнах могут сделать различие. Теоретик Орельен Хис из Парижской обсерватории, который работал с измерениями звездных орбит, обнаружившими 4 миллиона солнечных масс в нашем галактическом центре, считает, что ни одна из форм астрономии пока не является достаточно точной. Но, добавляет он, телескопы электромагнитных волн следующего поколения и детекторы гравитационных волн могут вместе исследовать эту интригующую возможность.
В электромагнитной волновой астрономии «следующее поколение» означает телескопы с еще большими зеркалами или радиотарелками, чтобы лучше собирать тусклый свет из далекой вселенной. В гравитационно-волновой астрономии «следующее поколение» означает все более длинные детекторы. Пространственное изменение длины, регистрируемое лазерным интерферометром, пропорционально расстоянию между зеркалами интерферометра: чем больше расстояние, тем чувствительнее детектор (на чувствительность влияет и множество других факторов). Также, как и любая волна, гравитационная волна имеет частоту, которая тем меньше, чем больше зародившаяся масса, и зависит от того, как она движется. Детектор с широким частотным диапазоном может регистрировать более разнообразные типы гравитационно-волновых явлений.
Эти принципы лежат в основе планирования усовершенствованных обсерваторий гравитационных волн, таких как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), предложенная Европейским космическим агентством. 5Три орбитальных корабля с лазерами и зеркалами образуют сверхчувствительный треугольный интерферометр с ветвями длиной 2,5 миллиона километров. Вдали от земных источников измерительного шума LISA может обнаруживать частоты гравитационных волн намного ниже 1 Гц, что позволяет проводить новые исследования сверхмассивных черных дыр. LISA не будет запущена до 2037 года, но наземные обновления могут появиться раньше. Европейские ученые предлагают телескоп Эйнштейна, треугольный интерферометр с тремя 10-километровыми рукавами, а ученые США предлагают космический исследователь. Он будет следовать конструкции LIGO «L» с рукавами длиной 40 километров, что даст номинальное десятикратное увеличение чувствительности с другими улучшениями производительности.
Вайс помогает разработать это более крупное устройство. Он сказал мне, что это давно было его мечтой, но первоначальное финансирование LIGO Национальным научным фондом (NSF) в 1990-х годах шло только на 4-километровые руки. Космический исследователь поведет гравитационно-волновую астрономию к тому, что Вайс считает следующей большой областью для освещения гравитационными волнами, что лично его восхищает: космологические вопросы о ранней Вселенной, такие как существование первичных черных дыр, их связи с темной материей и более близкие вопросы. смотрит, как Вселенная расширялась и как звезды и галактики были созданы на основе гравитационных волн, которые генерируют эти процессы. Новые измерения также продолжат проверять теорию Эйнштейна с еще большей точностью, но в этом Вайс не ожидает никаких сюрпризов. Поскольку общая теория относительности до сих пор выдержала все экспериментальные проверки,
По мере создания новых гравитационных инструментов результатом станет группа обсерваторий гравитационных волн, работающих в различных частотных диапазонах, подобно тому, как обычные обсерватории изучают электромагнитные волны различных частот от гамма-лучей до радиоволн. Эта спектральная широта дает астрономии электромагнитных волн широкое окно во Вселенную. Спустя семь лет в режиме гравитационно-волновой астрономии открывается широкое гравитационное окно, чтобы дать уникальный, но дополняющий взгляд на космос. Мы с трудом можем себе представить, какие чудеса откроет это двойное видение.
Вот как космическая плесеньнь с гигантским финансированием разъедает мозг учёным и не даёт двигаться вперёд.
Не смотря на ошеломляющие результаты, коллаборация LIGO VIRGO до сих пор не повторила результаты опубликованные в 2005 году. Что говорит о том, что непонятно вообще, что они там измеряют на поверхности Земли.