В ранних часах 14 сентября 2015 года произошло событие, которое стало настоящим прорывом в науке: в космических просторах столкнулись две черные дыры. Каждая из них была в 30 раз тяжелее нашего Солнца и вращалась вокруг своей "сестры" миллионы лет. С каждым мгновением их траектории сближались, пока, наконец, не произошло слияние в один огромный космический объект.
За доли секунды до своего объединения черные дыры создали вибрации, которые разошлись по Вселенной на световой скорости. Эти колебания были зарегистрированы на Земле спустя миллиарды лет с помощью специализированного прибора — Лазерного интерферометрического гравитационного волнового обсерватора, или LIGO. Сигнал продолжался всего лишь пятую часть секунды, став первым зафиксированным наблюдением гравитационных волн.
Гравитационные волны представляют собой колебания в пространстве, вызванные гравитационным взаимодействием. Гравитация — это сила притяжения, которая действует между любыми двумя объектами во Вселенной. Так, каждый из нас притягивает Землю, Луну, Солнце и каждую звезду, и они, в свою очередь, притягивают нас. Сила гравитации зависит от массы объекта и расстояния до него. Таким образом, наблюдая за изменениями в гравитационном поле, мы можем узнать о движении и взаимодействии космических объектов. Эти изменения и называются гравитационными волнами.
Гравитационные волны, аналогично кругам на воде от брошенного в пруд камня, расходятся от своего источника, постепенно ослабевая. Но какова природа этих волн?
Альберт Эйнштейн в рамках своей теории относительности ввел понятие пространства-времени – четырёхмерного континуума, в котором гравитация проявляется как искривление, вызванное наличием массы. Так, массивный объект в пространстве-времени создаёт вокруг себя "вмятину", и объекты, движущиеся в этой вмятине, изгибаются, следуя её контуру, подобно тому, как шарик катится по изогнутой поверхности.
Что же касается гравитационных волн, они возникают, когда масса, вызывающая "вмятину", двигается. Это движение порождает волны, которые распространяются в пространстве-времени, подобно волнам на поверхности воды.
Как бы мы ощущали гравитационные волны, если бы наши органы чувств были к ним чувствительны? Представьте, что вас растягивают в стороны, в то время как ваше тело сжимается сверху вниз, а затем наоборот – растягивают вверх-вниз, сжимая горизонтально. Эти периодические изменения формы тела происходили бы в такт с прохождением гравитационной волны сквозь вас.
Однако на практике человеческие органы чувств не способны воспринимать такие ничтожно малые изменения. Вот почему ученые создали специализированные детекторы, такие как LIGO, которые способны фиксировать гравитационные волны. Эти приборы, расположенные по всему миру, имеют форму буквы "L" и оснащены лазерами, с помощью которых измеряется расстояние между их "руками". Когда гравитационная волна проходит через детектор, она изменяет длину его "рук", что и фиксируется прибором.
Как только детекторы зафиксируют гравитационную волну, ученые получают возможность анализа ее источника. Устройства подобные LIGO, можно сравнить с гигантскими космическими радиоприемниками. Радиоволны, окружающие нас, невидимы и неосязаемы, и для восприятия передаваемой ими музыки необходим специализированный приемник. Точно так же LIGO регистрирует гравитационные волны, давая ученым материал для анализа и получения данных об объекте, который стал источником этих волн. В результате исследователи могут определить такие параметры объекта, как его масса и траектория его движения.
Интересным фактом является то, что гравитационные волны можно также "слышать", преобразовав их сигналы в звуковые волны, аналогично тому, как радио преобразует радиоволны в музыку. Таким образом, столкновение двух черных дыр можно представить в виде звука. Ученые описывают этот звук как "чирп" – свисток, который постепенно меняет свою частоту и является характерным признаком взаимодействия двух вращающихся друг вокруг друга объектов. Это лишь один из примеров того, как гравитационные волны могут рассказать нам о событиях, происходящих во Вселенной. Существуют и другие астрономические явления высокой энергии, которые также могут генерировать гравитационные волны, например, взрыв суперновой или столкновение нейтронных звезд.
Каждый раз, когда мы создаем новый инструмент для изучения космоса, мы сталкиваемся с неожиданными открытиями, которые могут перевернуть наше понимание Вселенной. LIGO – не исключение. За относительно короткое время своего существования, этот детектор уже предоставил нам ценные сведения, например, о том, что столкновения черных дыр происходят гораздо чаще, чем предполагалось ранее. Нельзя с уверенностью сказать, что еще мы сможем открыть, используя этот инструмент, но можно с уверенностью утверждать, что эти откровения будут захватывающими.
Гравитационные волны открывают перед нами новые горизонты в понимании Вселенной, позволяя узнать больше о тайнах космоса. Наше путешествие в мир астрофизики только начинается, и впереди нас ждут ещё множество открытий. Подписывайтесь на наш канал, чтобы быть в курсе самых последних новостей в мире науки и космоса, и не забудьте поставить лайк, если вы нашли эту статью интересной и полезной. Спасибо за внимание!
