Следующий шаг в изучении гравитационных волн — пора переходить к их практическому применению.

16.10.2017

Сегодня 16 октября в 17:00 по Москве весь мир узнает о выдающемся открытии астрономов, в частности, команды обсерваторий LIGO и Virgo и ещё 70 обсерваторий, в т.ч. гамма-обсерваторий Fermi и Integral.

Об этой пресс-конференции я узнал из статьи на N+1. Затем увидел пост Игоря Тирского в Telegram. Исходя из моих довольно скудных познаний и тех источников, на которые я сослался, в целом, могу предположить, о чём пойдёт речь и моё мнение вполне себе совпадает с мнением Игоря.

В 1916 году Альберт Эйнштейн на основании разработанной им общей теории относительности впервые предсказал существование гравитационных волн. Как он объяснял, эти волны представляют собой рябь пространства, распространяющуюся во времени со скоростью света. При прохождении гравитационной волны между двумя свободно падающими телами расстояние между ними изменяется. Относительное изменение этого расстояния служит мерой амплитуды волны. То есть когда волна проходит, она растягивает пространство и всё, что в нём находится, в одном (условно горизонтальном) направлении и сжимает в другом (условно вертикальном). Это означает, что каждый человек на планете растягивается и сжимается при прохождении сквозь него гравитационной волны. Проблема с обнаружением гравитационных волн заключается в том, что они невообразимо слабые. Человека волна, зафиксированная 14 сентября 2015 года, растянула примерно на 10 ^-21. Подробнее об этом в одной из предыдущих статей.

14.09.2015 учёные обсерватории ЛИГО смогли зафиксировать гравитационные волны, испущенные при столкновении двух чёрных дыр 1,3 миллиарда лет назад. После этого оборудование LIGO, Virgo и других непрерывно совершенствовалось. Всё ради того, чтобы зафиксировать гравитационные волны от взаимодействия нейтронных звёзд. Я немного драматизирую, ведь совершенствовалось оборудование не только для этого, но так ещё эпичнее.

Гравитационные волны от чёрных дыр регистрировались уже целых 4 раза, и такой новостью теперь никого не удивишь — только для физиков и им сочувствующих это остаётся потрясающим фактом, будоражащим сознание. И я в их числе.

Ещё более желанным является установление факта распространения гравитационных волн от столкновения нейтронных звёзд. Что это за звёзды такие?

Звёзды, масса которых в 1,5-3 раза больше, чем у Солнца не смогут в конце жизни остановить своё сжатие на стадии белого карлика. Мощные силы гравитации сожмут их до такой плотности, при которой произойдёт «нейтрализация» вещества: взаимодействие электронов с протонами приведёт к тому, что почти вся масса звезды будет заключена в нейтронах. Так и образуется нейтронная звезда. Наиболее массивные звёзды могут "обратиться" в нейтронные, после того, как взорвутся в качестве сверхновых.

Следует понимать, что физические характеристики нейтронных звёзд установлены теоретически и весьма неточны, так как физические условия, существующие в этих телах, не могут быть воспроизведены в лабораторных условиях. Помимо этого, интересный факт состоит в том, что нейтронные звёзды остаются одним из очень немногих астрофизических объектов, существование и свойства которых были предсказаны задолго до их открытия.

Первое предположение о возможности существования нейтронных звёзд было высказано известным советским учёным Л. Д. Ландау ещё в 1932 году. Затем, спустя два года, идею подхватили талантливые астрономы из Калифорнии Фриц Цвикки и Вальтер Баарде.

Интерес физиков к нейтронным звёздам был вызван стремлением определить конечную стадию эволюции массивных сжимающихся звёзд. Так как роль и значение сверхновых осознали приблизительно в то же время, было высказано предположение, что нейтронная звезда может оказаться остатком взрыва сверхновой. К сожалению, с началом Второй мировой войны детальное изучение этих новых и в высшей степени загадочных объектов было приостановлено. Затем, в 50-х годах, изучение нейтронных звёзд возобновили чисто теоретически с целью установить, имеют ли они отношение к проблеме рождения тяжёлых химических элементов, таких как кадмий или золото. По одной из версий золото появляется при взрыве сверхновых звёзд.

По различным оценкам, диаметры нейтронных звёзд составляют от 10 до 200 км. И в этом небольшом по космическим меркам объёме содержится такое количество вещества, которое может составить небесное тело, подобное Солнцу, диаметром около 1,5 млн. км. Таким образом, понятно, что нейтронная звезда обладает невероятной плотностью. Фактически она оказывается настолько плотной, что может быть даже твёрдой. Сила тяжести нейтронной звезды столь велика, что человек весил бы там около миллиона тонн. Расчёты показывают, что нейтронные звёзды сильно намагничены. Согласно оценкам, магнитное поле нейтронной звезды может достигать 1 млн. гаусс, тогда как на Земле оно составляет 1 гаусс.

Это далеко не все предположения о свойствах и строении нейтронных звёзд. И вот если сегодня нам расскажут о том, что были зафиксированы гравитационные волны именно от взаимодействия этих объектов, астрофизики, наконец, смогут заняться их детальным изучением, что подразумевает целый ряд невероятных открытий. Основная проблема заключается в том, что хоть нам и хочется знать всё, что связано с этими объектами, но самые интересные процессы происходят в центре нейтронных звёзд и мы никогда не сможем их увидеть. Гравитационные волны же проходят эти звёзды насквозь, изменяя свою структуру подобно звуковой дорожке, записывая всё, через что они проходят. То есть мы сможем узнать о нейтронных звёздах всё с потрясающей точностью. Помимо этого, гравитационные волны теоретически дают нам возможность, например, "увидеть, услышав" первые моменты существования Вселенной после Большого взрыва, и изучение этих волн от взаимодействия нейтронных звёзд — ещё один шаг на пути к пониманию величайшей загадки. И это происходит сейчас, на наших глазах!

P. S.

Уже даже этого открытия будет достаточно для того, чтобы снова взбудоражить научный мир, но как знать, возможно, нам расскажут ещё что-нибудь более интересное. Узнаем уже сегодня в 17:00. И вот вам, дорогие подписчики и те, кто случайно тут оказался, ссылка на трансляцию.

__________

Ещё раз ссылка на отличный канал Игоря Тирского об астрономии и на канал в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.

Д.