стаття "Про що розповідають гравітаційні хвилі?"

Про що розповідають гравітаційні хвилі?

На початку існування Всесвіту дві чорні  діри  масами 36 і 29 мас Сонця на відстані 1,3 млрд світлових років від Землі кружляли одна навколо одної. З кожним новим витком ця пара закручувала простір-час у спіраль, тим самим викликаючи збурення простору-часу,  яке розповсюджувалося все дальше у космос у вигляді гравітаційних хвиль.

Хвилі забирали енергію, змушуючи чорні діри зближуватися.  При чому, чим сильніше  обертання зближувало їх, тим швидше вони кружляли одна навколо одної, і тим більше енергії втрачалося. Цей «танок» продовжувався багато мільйонів років,  доки  горизонти подій чорних дір не доторкнулися і вони рушили назустріч одна одній зі швидкістю світла. Злиття відбулося за долю секунди і всі коливання затухли, залишивши лише одну чорну діру, що обертається.

І жодних видимих ознак, того що відбулося.  Але історія про злиття чорних дір збереглася у вигляді  збурення простору-часу – гравітаційних хвилях,  які ритмічно розтягують та стискають простір.  Якби   ми могли почути такі хвилі, то до того моменту, коли вони  досягли нашої планети, колись потужний рев космічних масштабів перетворився б у ледь чутний шепіт. Тобто тепер ми  можемо почути лише відлуння цього явища.  Чому вони такі тихі? Це пов’язано із тим, що джерело знаходиться від нас дуже далеко.   А гравітаційні хвилі, як і світлові, як і круги на воді, слабшають із відстанню. Тому, коли коливання дісталися до Землі, їх сила значно зменшилася. Саме ці незначні коливання й зафіксували вперше 14 вересня 2015 року за допомогою величезних детекторів Лазерно-інтерферометричної обсерваторії гравітаційних хвиль (LIGO).

Гравітаційні хвилі на початку ХХ століття передбачив Альберт Ейнштейн у загальній теорії відносності. Але сам учений мав сумніви чи вдасться їх коли-небудь зафіксувати. З тих пір вчені намагалися довести їх існування.

До реєстрації гравітаційних хвиль про поведінку гравітації вчені знали тільки на прикладі небесної механіки, взаємодії небесних тіл. Але було зрозуміло, що гравітаційне поле має хвилі, а простір-час може деформуватися в подібний спосіб. Те, що до цього часу не бачили гравітаційних хвиль, було білою плямою в сучасній фізиці. Зараз ця прогалина закрита.  Це фундаментальне відкриття. Нічого порівнянного за останні роки не було.

 Початком нової епохи в астрономії і фізиці стала оприлюднена заява вчених про те, що вони вперше виявили гравітаційні хвилі, які утворилися внаслідок зіткнення двох нейтронних зірок.

 Це вже п'ятий випадок за останні два роки, коли вчені фіксують такі хвилі. Однак усі помічені раніше гравітаційні хвилі виникали від злиття чорних дір. Чорні діри мають таку величезну щільність, що не випускають світла. Тому таке злиття чорних дір, по суті справи, неможливо виявити звичайними телескопами.

 Однак злиття нейтронних зірок розпочинається з об'єктів, які порівняно із чорними дірами можуть бути дуже легкими. Нейтронна зірка  – це надміру стисле ядро згаслої масивної зірки, і формується вона після вибуху наднової.

 Сила тяжіння нейтронної зірки занадто мала, щоб утримувати світло, а тому спалах від зіткнення двох таких зірок може проникнути в космос, створивши не тільки гравітаційні хвилі, але й яскраві феєрверки у космосі.

 Маса злитих нейтронних зірок становила 1,1 і 1,6 маси Сонця. Перші гравітаційні хвилі виникли, коли відстань між об'єктами становила 300 км.

 Дослідники гравітаційних хвиль встановили одразу декілька суттєвих фактів:  у космосі дійсно існують середні за розміром чорні діри маси яких становлять 30 – 60 мас Сонця, які можуть зливатися одна з одною. Вони перші спостерігали і слухали гравітаційні хвилі.