Физикам снова удалось зарегистрировать гравитационные волны от сливающихся черных дыр, теперь с помощью сразу трех детекторов.
Регистрация гравитационных волн впервые осуществлена параллельно тремя детекторами – парой американских LIGO и европейским Virgo, – что позволило вдесятеро точнее локализовать их источник и увеличить разрешение полученного сигнала. Об этом рассказывается в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, кратко о работе сообщают пресс-релизы коллабораций LIGO и Virgo.
Напомним, что впервые гравитационные волны появились как предсказание, вытекающее из формул Общей теории относительности. В эйнштейновских представлениях гравитация рассматривается как геометрическое искажение пространства-времени. Когда пара достаточно быстрых и массивных объектов сливается друг с другом, эти искажения распространяются от них подобно волнам – на световой скорости.
Подтвердить предсказание Эйнштейна удалось только в 2015 г., когда команды физиков, работающих с детекторами LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), находящимися в разных частях США, зарегистрировали гравитационные волны, приходящие от пары черных дыр массами 29 и 36 масс Солнца, в 1,3 млрд световых лет от нас. С тех пор им удалось зарегистрировать гравитационные волны еще дважды.
Детекторы LIGO представляют собой L-образные интерферометры, которые благодаря лазерным лучам с невероятной точностью следят за длиной обоих своих 4-километровых плеч: проходящая гравитационная волна может вызывать краткие искажения, что и регистрируется. Инструменты в Луизиане и Вашингтоне запущены в 1999 г., а в 2003 г. под итальянской Пизой заработал их аналог Virgo, с плечами по 3 км. С 2007 г. ученые обеих гравитационных обсерваторий обмениваются данными друг с другом.
Virgo включился в работу 1 августа 2017 г. после пятилетней модернизации – и уже 14 числа уловил искомый сигнал. Одновременно с этим сработали и детекторы LIGO, после чего ученые начали строгий анализ полученных данных, хотя уже вскоре по Интернету поползли слухи. Лишь теперь участники коллабораций LIGO и Virgo официально сообщили о находке.
По их оценкам, источник этих волн вполне обычен: это пара черных дыр в 1,8 млрд световых лет от Земли массами по 25 и 31 масс Солнца. Небольшая разница во времени, в который волны достигли трех наземных детекторов, исчисляется миллисекундами, однако она позволила локализовать положение источника где-то на участке неба площадью около 60 кв. градусов. Это немало (для сравнения, видимый размер лунного диска составляет 0,2 кв. градуса), но все же вдесятеро точнее, чем если бы детекторы LIGO действовали в одиночку.
На карте видны области, в которых удалось быстро локализовать источник по совместным данным LIGO и Virgo. Для сравнения показана область, полученная по данным только LIGO / ©Virgo
Такое повышение точности чрезвычайно важно для физиков, ведь если вовремя заметить гравитационную волну и найти ее источник, можно будет провести оперативные наблюдения обычными астрономическими инструментами. Вспышка, которая по времени и положению совпадет с источником гравитационных волн, укажет на то, что они появились при слиянии уже не черных дыр, а нейтронных звезд. Пока что ничего подобного наблюдать не удавалось.
