Впервые наблюдены гравитационные волны от слияния черных дыр: теперь официально
Сегодня на специальной пресс-коференции ученые международной коллаборации LVC (LIGO) объявили о первом прямом детектировании гравитационных волн от слияния двух черных дыр с достоверностью 5.1σ.
14 сентября 2015 год в 09:50:45 UTC два детектора LIGO (расположенные в США) одновременно наблюдали гравитационно-волновой сигнал GW150914. Сигнал с возрастающей частотой от 35 Гц до 250 Гц и амплитудой деформации метрики в 1×10–21. Сигнал соответствует предсказаниям Общей Теории Относительности (ОТО) для слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечной.
Что еще интереснее, это открытие впервые позволяет с уверенностью сказать о существовании систем черных дыр, и характеризовать динамику системы черных дыр с позиций ОТО.
Результаты исследования опубликованы сегодня в Physical Review Letters.
Как детектировали
С момента предсказания существования гравитационных волн Эйнштейном в 1916 году было предпринято множество попыток их наблюдения. С середины семидесятых велись работы над твердотельными детекторами (Вебер) — предполагалось, что массивные куски металла будут резонировать с гравитационными волнами, и изменение длины этих масс можно зарегистрировать достаточно чувствительными приборами. Однако это направление оказалось не перспективным — слишком большие шумы не позволяли достичь необходимой чувствительности. С 70х годов начали развиваться интерферометрические детекторы.
Гравитационная волна меняет расстояние между подвижными конечными зеркалами интерферометра, вследствие чего наблюдается изменение интерференционной картины на выходе детектора. Для увеличения чувствительности такого детектора к расстоянию между зеркалами плечи интерферометра достигают длины 4 км, оптическая мощность на зеркалах — 100 кВт, а сами зеркала массой в 40 кг закреплены на высокодобротных (Q~107) подвесах и снабжены дополнительной системой изоляции от сейсмических шумов.
В США расположено два одинаковых детектора на значительном расстоянии друг от друга, что позволяет производить независимое наблюдение, а затем коррелировать результаты для исключения локальных шумов и ложных сигналов. Кроме того, наличие двух (и более) детекторов помогает триангулировать сигнал для определения положения на небе.
Оба детектора в начале сентября 2015 года закончили многолетнюю процедуру обновления и находились в полностью рабочем состоянии на момент детектирования.
Что детектировали
Сигнал, зарегистрированный детекторами совпадает с предсказаниями ОТО для слияния двух черных дыр. На протяжении 0.2 секунды две вращающиеся вокруг друг друга черные дыры сблизились из-за потери энергии вращения за счет гравитационного излучения и слились в одну черную дыру. Однако суммарная масса этой новой черной дыры оказалась на 3 солнечной массы меньше, чем сумма двух старых — энергия была излучена в гравитационных волнах.
Изначально две дыры находились чрезвычайно близко друг от друга — на расстоянии 350 км (при том что радиус Шварцшильда для них порядка 210 км). Расстояние (фотометрическое) до источника оценивается в 410 Мегапарсек.
Сигнал был задетектирован с очень высокой достоверностью: соотношением сигнал/шум 24 и достоверностью в 5.1σ (соответствующей одному ложному сигналу в 203 000 лет).
Было проведено множество проверок как на ложный сигнал, так и намеренную инжекцию. Все они показали отрицательный результат.
Что будет дальше?
Ученые продолжают исследовать событие, и вскоре будет представлено больше результатов как анализа данных, так и проверок ОТО. На этой странице можно найти подробную информацию о событии и прочие результаты исследования.
Сам гравитационно-волновой детектор будет усовершенстован и далее, что позволит детектировать больше событий. Ожидается увеличение чувствительности еще в несколько раз. В то же время детекторы Advanced VIRGO в Италии и KAGRA в Японии скоро начнут работу, а ученые уже планируют строительство новых детекторов для развития гравитационно-волновой астрономии: десятикилометровый Einstein Telescope в Европе и космический телескоп LISA с длиной плеч интерферометра в 5 миллионов километров.
В заключение добавлю пару ссылок и хороший фильм про LIGO.
