Сигнал, изменивший астрономию | Первое открытие LIGO

На долю секунды две удаленные обсерватории зафиксировали слабый нарастающий звук — и астрономия изменилась навсегда. 14 сентября 2015 года два детектора Advanced LIGO зафиксировали GW150914, первое прямое обнаружение гравитационных волн. Сигнал исходил от двух черных дыр звездной массы, спирально сближающихся и образующих единую остаточную черную дыру примерно 1,3 миллиарда лет назад. Знаменитый звук был не обычным звуком, распространяющимся в космосе. LIGO измерил чрезвычайно малое искажение пространства-времени, называемое деформацией. Поскольку сигнал проходил через частоты в диапазоне человеческого слуха, ученые смогли преобразовать измеренную форму волны в короткий нарастающий звук, связанный с этим открытием. В этом аудиоподкасте COSMORA HQ вы узнаете: • Что такое гравитационные волны на самом деле • Почему вращающиеся черные дыры создают рябь в пространстве-времени • Как сближение, слияние и затухание создают нарастающий «чирп» • Как четырехкилометровые лазерные интерферометры обнаруживают чрезвычайно малые изменения • Почему LIGO потребовались две географически разделенные обсерватории • Как ученые отличили космический сигнал от локального шума • Почему Ливингстон обнаружил сигнал примерно за семь миллисекунд до Хэнфорда • Как согласованная фильтрация и независимые поиски восстановили событие • Что означают отношение сигнал-шум и частота ложных срабатываний • Как ученые определили массы и расстояние до черных дыр • Что подтвердило обнаружение общей теории относительности • Почему более ранние измерения двойных пульсаров считались косвенным доказательством • Как гравитационно-волновая астрономия открыла новое окно во Вселенную • Почему это достижение стало результатом масштабного международного сотрудничества Обнаруженный сигнал увеличился по частоте примерно с 35 до 250 герц и Достигнуто пиковое напряжение, близкое к 10⁻²¹. Суммарное отношение сигнал/шум, полученное с помощью согласованного фильтра, составило 24, а расчетная частота ложных срабатываний была ниже одного события на 203 000 лет. Анализ показал, что источник содержал черные дыры приблизительно 36 и 29 солнечных масс. Они слились в остаток приблизительно 62 солнечных масс, энергия которого эквивалентна примерно трем солнечным массам, излучаемым в виде гравитационных волн. Эти значения являются модельно-зависимыми оценками с диапазонами неопределенности — это не точные обозначения, непосредственно присвоенные черным дырам. LIGO не фотографировал слияние. Каждая обсерватория разделяла лазерный свет между двумя перпендикулярными четырехкилометровыми плечами. Зеркала возвращали лучи, и их рекомбинация выявила крошечные изменения в относительных оптических путях. Проходящая волна изменила измеренную разницу длин плеч всего на несколько раз 10⁻¹⁸ метров — намного меньше, чем протон. Совместимый сигнал был получен в обсерваториях Ливингстона (Луизиана) и Хэнфорда (Вашингтон). Разница во времени прихода, соответствие формы волны, калибровка детектора, мониторинг окружающей среды, меры безопасности при вводе данных в оборудование, независимые методы поиска и статистическая значимость в совокупности подтвердили его астрофизическое происхождение. GW150914 убедительно подтвердило одно из главных предсказаний общей теории относительности Альберта Эйнштейна в динамическом слиянии черных дыр в сильном поле. Точнее будет сказать именно это, чем утверждать, что одно наблюдение доказало все аспекты теории Эйнштейна. Это событие также не было первым свидетельством существования гравитационных волн. Более ранние наблюдения двойных пульсаров показали орбитальный распад, согласующийся с уносом энергии гравитационным излучением. Прорыв GW150914 заключался в прямом измерении самих проходящих волн. Райнер Вайс, Кип С. Торн и Барри К. Бариш внесли решающий вклад в создание детектора, теоретическую концепцию, организацию и реализацию LIGO. Нобелевская премия по физике 2017 года отметила эти достижения. Однако обнаружение также зависело от научного сотрудничества LIGO, сотрудничества Virgo, инженеров, техников, вычислительных групп, учреждений, государственных агентств и исследователей, работавших во многих странах на протяжении нескольких десятилетий. COSMORA HQ представляет этот материал как независимый научный обзор для образования и понимания общественностью. Это не официальный продукт LIGO, Virgo, Нобелевской премии, Caltech, MIT или какого-либо другого учреждения и не подразумевает одобрения со стороны какого-либо ученого, сотрудничества, обсерватории, университета, агентства, журнала или издателя. Пожалуйста, ознакомьтесь с оригинальными исследованиями и общедоступными научными данными через законные академические, библиотечные и авторизованные открытые научные ресурсы. Если этот эпизод изменил ваше представление о Вселенной, поставьте лайк видео, поделитесь им с другими любознательными людьми и подпишитесь на COSMORA HQ, чтобы получать больше основанных на фактах исследований в области физики, астрономии, космоса и будущего человечества. ...