Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?

Автор:
kaa
Печать
дата:
11 июля 2016 02:17
Просмотров:
997
Комментариев:
0
Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


После включения в сентябре 2015 года двойная обсерватория LIGO - детекторы Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories в Ханфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана - одновременно обнаружили слияние двух черных дыр в первую же рабочую сессию, хотя их чувствительность была установлена на 30% от возможной. Слияние двух черных дыр массой в 36 и 29 солнечных, обнаруженное 14 сентября 2015 года, и других черных дыр в 14 и 8 солнечных масс, обнаруженное 26 декабря 2015 года, обеспечило первое определенное и прямое подтверждение существования гравитационных волн. Потребовалось целое столетие, чтобы это сделать. Наконец технологии смогли проверить теорию и подтвердить ее.

Но обнаружение этих волн только начало: в астрономии назревает новая эпоха. 101 год назад Эйнштейн выдвинул новую теорию гравитации: общую теорию относительности. Вместе с ней пришло осознание: далекие массы не притягивают подобные мгновенно по всей вселенной, это присутствие материи и энергии деформирует ткань пространства-времени. Эта совершенно новая картина гравитации принесла с собой целый ряд неожиданных последствий, включая гравитационное линзирование, расширяющуюся Вселенной, гравитационное замедление времени и - как мы теперь знаем наверняка - существование нового типа излучения: гравитационных волн. Когда массы движутся или ускоряются относительно друг друга через пространство, реакция самого пространства порождает рябь. Эта рябь движется через пространство со скоростью света и, попадая в итоге в наши детекторы, сообщает нам о далеких событиях посредством гравитационных волн.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


Проще всего обнаружить объекты, которые испускают сильные сигналы, а именно:

- крупные массы,
- расположенные на небольшом расстоянии между собой,
- быстро вращающиеся,
- со значительно меняющимися орбитами.

Лучшими кандидатами, очевидно, являются сталкивающиеся, коллапсирующие объекты вроде черных дыр и нейтронных звезд. Нам также стоит иметь в виду частоту, на которой мы можем обнаружить эти объекты, которая будет примерно равна длине пути детектора (длина рукава, умноженная на число отражений), разделенной на скорость света.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


LIGO, с ее 4-километровыми рукавами с тысячами отражений света, может видеть объекты с частотами в миллисекундном диапазоне. Сюда входят сливающиеся черные дыры и нейтронные звезды на последней стадии слияния, а также экзотические события вроде черных дыр или нейтронных звезд, которые поглощают большой кусок вещества и переживают "бульк", становясь более сферическими. Сильно асимметричная сверхновая также может создать гравитационную волну; коллапс ядра вряд ли попадет в детекторы гравитационных волн, сливающиеся белые карликовые звезды неподалеку вполне могли бы.

Мы уже наблюдали слияния черных дыр с черными дырами, и по мере того, как LIGO совершенствуется, можно разумно предположить, что за следующие несколько лет у нас будет первое поколение оценок черных дыр звездных масс (от нескольких до сотни солнечных масс). LIGO также должна найти слияния нейтронных звезд с нейтронными звездами; когда обсерватории выйдут на запланированную чувствительность, они смогут наблюдать три-четыре события ежемесячно, если наши оценки частоты их слияния и чувствительности LIGO верны.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


Асимметричные сверхновые и взбулькивания экзотических нейтронных дыр будет крайне интересно обнаружить (если удастся, ведь полагают, что это редкие события). Но самые большие прорывы стоит ожидать вместе с появлением большего числа детекторов. Когда детектор VIRGO в Италии начнет работать, станет возможно настоящее позиционирование за счет триангуляции: мы сможем точно определять, где в космосе рождаются эти события, а вслед за этим проводить и оптические измерения. За VIRGO последуют гравитационно-волновые интерферометры в Японии и Индии. Через несколько лет наше видение гравитационно-волнового неба выйдет на новый уровень.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


Но самые большие успехи начнутся, когда мы выведем наши гравитационно-волновые амбиции в космос. В космосе вы не ограничены сейсмическим шумом, грохотом грузовиков или тектоникой плит; лишь тихий космический вакуум на фоне. Вы не ограничены кривизной Земли, возможной длиной рукавов обсерватории; можно вывести обсерваторию подальше от Земли или даже на орбиту вокруг Солнца. Мы могли бы измерять объекты уже не миллисекунды, а секунды, дни, недели или дольше. Мы могли бы обнаруживать гравитационные волны сверхмассивных черных дыр, включая крупнейшие из известных во Вселенной объекты.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?


Наконец, если мы построим достаточно большую и достаточно чувствительную космическую обсерваторию, мы могли бы увидеть гравитационные волны, оставшиеся от самого Большого Взрыва. Мы могли бы непосредственно обнаружить гравитационные возмущения космической инфляции и не только подтвердить наше космическое происхождение, но и доказать, что гравитация сама по себе является квантовой силой природы. В конце концов, эти инфляционные гравитационные волны не могли бы появиться, если бы гравитация сама по себе не была квантовым полем.

В настоящее время не утихают споры касательно того, какая миссия для NASA станет приоритетной в 2030-х годах. Хотя предлагают множество хороших миссий, отдельно стоит отметить строительство космической гравитационно-волновой обсерватории на орбите вокруг Солнца. У нас есть технология, мы доказали ее работоспособность, мы подтвердили существование волн. Будущее гравитационно-волновой астрономии ограничено лишь тем, что сама Вселенная может нам предоставить, и тем, как много мы на это потратим. Расцвет новой эпохи уже начался. Остается вопрос, насколько ярко засияет это новое поле астрономии.

0 не понравился
15 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 

 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх