Гравитационные телескопы LIGO и VIRGO "вышли на охоту" после модернизации и меньше чем за десять дней работы принесли новый улов. Предполагается, что слияния чёрных дыр теперь будут регистрироваться каждую неделю.
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое гравитационные волны и как устроены их детекторы. На сегодняшний день в строю только две такие установки: LIGO в США и VIRGO в Италии. В Японии строится инструмент KAGRA, который планируется запустить в 2020 году.
С момента открытия гравитационных волн в 2015 году эти установки зафиксировали 11 гравитационных всплесков, из которых десять были вызваны столкновением чёрных дыр и один – нейтронных звёзд. Однако учёным, разумеется, хотелось получать больше данных. Поэтому около года назад оба действующих детектора были остановлены на модернизацию. 1 апреля 2019 года они вступили в строй в обновлённом виде.
В результате этих работ чувствительность инструмента VIRGO повысилась практически вдвое. Это значит, что в два раза увеличилось предельное расстояние, на котором можно обнаружить гравитационный всплеск. Тем самым объём сканируемого пространства возрос в 23 = 8 раз.
Чувствительность LIGO тоже увеличилась, правда, не так масштабно: на 40% (впрочем, стоит оговориться, что американский детектор был изначально чувствительнее своего итальянского "собрата"). Предельная дистанция обнаружения для LIGO теперь составляет 550 миллионов световых лет (более чем в пять тысяч раз больше диаметра Галактики). Объём космоса, доступного для наблюдений с LIGO, тем самым увеличился почти втрое.
Учёным пришлось изрядно потрудиться, чтобы достичь таких результатов. В частности, на обоих детекторах была увеличена мощность лазеров, "отслеживающих" движения зеркал, раскачиваемых гравитационными волнами. Например, у LIGO она была удвоена. Также были внедрены новые системы подавления шума, работающие на квантовых эффектах.
Также в американском детекторе заменили пять из восьми зеркал, а в итальянском – стальные подвесы для зеркал сменили на кварцевые волокна. Все эти операции требовали от инженеров огромного мастерства.
Однако игра стоила свеч. Теоретики давно рассчитали, сколько гравитационных всплесков должно происходить в окрестностях Млечного Пути. Исходя из этих моделей, обновлённые детекторы будут фиксировать от одного события в месяц до одного в неделю. Кроме того, будет точнее определяться место катаклизма, породившего гравитационные волны.
Массовые наблюдения позволят проверить, правильно ли специалисты оценивают количество чёрных дыр и нейтронных звёзд в окружающем космосе или же в их представлениях надо что-то "подкрутить".
Пока прогнозы оправдываются. С момента запуска детекторов не прошло и десяти дней, как в базе данных появилось сообщение о слиянии чёрных дыр, обнаруженном 8 апреля 2019 года обоими детекторами.
К слову, теперь сообщения о новых событиях будут автоматически генерироваться компьютером и публиковаться в Интернете в течение пяти минут.
Это особенно важно в случае столкновения нейтронных звёзд, когда катаклизм можно наблюдать в телескопы электромагнитного диапазона (оптические, рентгеновские, радиотелескопы и так далее). Наземные и орбитальные обсерватории в этом случае должны быстро получить нужную информацию и навести свои инструменты на место событий.
Впервые такая схема действий была отработана во время наблюдений единственного на сегодняшний день известного столкновения нейтронных звёзд. Однако при этом "электромагнитные" астрономы должны были согласовывать свои публикации с коллаборациями LIGO и VIRGO и соблюдать оговорённые сроки их выпуска. Теперь же, как сообщает журнал Nature, схема работы меняется. Сразу после обнаружения события на детекторах информация о нём выкладывается в открытый доступ, и каждый волен использовать её по своему усмотрению. Оповещения будут доступны даже через приложение для смартфона.
Отметим, что подход "быстро проинформировать всех заинтересованных" давно применяется в астрономии при поиске разного рода быстротечных событий, так что коллаборации гравитационных детекторов, можно сказать, влились в дружную компанию.
От потока новых данных исследователи ждут открытий. Например, они надеются зафиксировать пока не наблюдавшееся событие: столкновение чёрной дыры с нейтронной звездой. Между прочим, такие результаты должны снабдить человечество ещё одной "линейкой" для измерения космических расстояний. Эти данные могут пролить свет на одну из мучительных загадок современной космологии: почему значения постоянной Хаббла, полученные разными методами, отличаются между собой.
Кроме того, учёные планируют понять, как появляются двойные чёрные дыры звёздной массы. Согласно одной гипотезе, они порождаются двойными звёздами, каждая из которых превращается в чёрную дыру. В этом случае их оси вращения должны быть параллельными. По другой версии, независимо возникшие чёрные дыры встречаются и объединяются в пары, и тогда их оси вращения могут быть ориентированы относительно друг друга любым образом. Эти два сценария различаются тонкими свойствами гравитационных волн, которые излучаются при столкновении и слиянии объектов, составлявших двойную систему. Теперь чувствительности детекторов должно хватить, чтобы различить эти варианты.
Наконец, массовые наблюдения гравитационных волн станут ещё одним тестом для общей теории относительности Эйнштейна. Отметим, что она уже выдержала многочисленные и весьма разнообразные проверки, но физики не устают придумывать новые. Возможно, однажды прогнозы этой теории всё же разойдутся с наблюдениями, и специалистам придётся вплотную заняться разработкой "новой физики".
Напомним, что ранее "Вести.Наука" писали о новом алгоритме обработки данных, который может повысить чувствительность детекторов гравитационных волн в тысячу раз, а также о том, что их можно без всяких модификаций и отрыва от основной работы использовать для поиска тёмной материи.
