Детекторы LIGO в третий раз зарегистрировали гравитационные волны

Группа ученых физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в составе международной Научной коллаборации LIGO приняла участие в регистрации гравитационных волн — в третий раз в истории. Гравитационный сигнал был зарегистрирован на двух детекторах LIGO в США. Об этом сообщается в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters.

Ученые сообщают, что ни один из экспериментов по детектированию гравитационных волн не опроверг общую теорию относительности Эйнштейна. Особенность слившейся пары черных дыр, зарегистрированной LIGO в третий раз, заключается в том, что по крайней мере у одной черной дыры из пары собственный момент вращения, спин, не совпадает по направлению с полным моментом орбитального движения пары. Это говорит в пользу гипотезы, что черные дыры, составляющие пару, образовались далеко друг от друга.

Детекторы Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в третий раз зарегистрировали гравитационные волны, подтвердив, что новый канал получения астрофизической информации вступил в действие. Как и в первых двух случаях, волны были порождены столкнувшимися черными дырами, в результате слияния которых образовалась новая черная дыра с массой, составляющей около 49 солнечных масс.

«Интересно то, где находились черные дыры во время столкновения, а это было миллиарды лет назад. Если в первых зарегистрированных событиях они находились на расстояниях 1,3-1,4 млрд световых лет, то в третьем событии — около трех, примерно в два раза дальше. Два детектора в США зафиксировали сигналы, между которыми есть небольшой временной сдвиг, около трех миллисекунд, который дает информацию о направлении, откуда пришел этот сигнал. В целом, природа всех трех событий одинаковая: слияние двух черных дыр», — сообщает профессор физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Валерий Митрофанов. Энергия, выделяющаяся при слиянии этих черных дыр, превышает световую энергию, излучаемую за это же время всеми звездами и галактиками во Вселенной.

«Масса черной дыры определяется по форме гравитационного сигнала. По частоте вращения возможно оценить расстояние между ними, а значит, и размеры, — комментирует соавтор исследования Сергей Вятчанин, заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. — Ученые хотят выжать из этих трех сигналов от гравитационных волн максимум возможного. В том числе посмотреть, как соотносятся эти сигналы, нет ли нарушений общей теории относительности по этим событиям».

В результате анализа сигналов, зарегистрированных детекторами обсерватории LIGO, было обнаружено, что с большой вероятностью у вновь обнаруженной пары черных дыр направления собственного вращения (спины) не совпадают, то есть они вращаются в разных направлениях, а значит, эти объекты, по-видимому, сформировались в плотном звездном скоплении отдельно друг от друга, а уже затем образовали двойную систему.

Один из важных вопросов, относящихся к распространению гравитационных волн: проявляют ли они дисперсию, то есть зависит ли их скорость распространения волн от их частоты. Частоты гравитационных волн, зарегистрированных в третьем событии, лежат в диапазоне примерно от 30 до 350 Гц. Ученые сообщают, что гравитационные волны с разными частотами в исследуемом диапазоне распространяются от своего источника до Земли с одной и той же скоростью, скоростью света, и дисперсия отсутствует. Даже небольшого нарушения между разными частотными компонентами ученые не видят. Таким образом, ничто не ставит под сомнение общую теорию относительности.

Исследователи ждут новых событий — регистраций гравитационных волн не только от слияния черных дыр, но и нейтронных звезд, а также от других источников, на которые нацелены детекторы LIGO.

Обсерватория LIGO финансируется Национальным научным фондом США (NSF). Она построена и эксплуатируется Калифорнийским и Массачусетским технологическими институтами (Caltech и MIT). Финансовая поддержка проекта Advanced LIGO осуществляется Национальным научным фондом США вместе с Обществом Макса Планка Германии, Советом по обеспечению науки и технологии Великобритании и Австралийским советом по исследованиям, которые вносят значительный вклад в проект. Более 1000 ученых из различных стран участвуют в проекте, объединившись в Научную коллаборацию LIGO – LSC, которая включает в себя коллаборацию GEO. Партнером LIGO является коллаборация Virgo, в которой работают еще 280 европейских ученых, поддерживаемые Национальным центром научных исследований Франции (CNRS), Национальным институтом ядерной физики Италии (INFN), Нидерландским Nikhef, а также основными институтами, входящими в Virgo и Европейскую гравитационную лабораторию. Третья регистрация гравитационных волн двумя детекторами LIGO, расположенными в Ливингстоне, штат Луизиана, и в Хэнфорде, штат Вашингтон, США, произошла 4 января 2017 года в цикле наблюдений, который начался 30 ноября 2016 года и продолжается до настоящего времени.

Россия представлена в LSC двумя научными коллективами: группой физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и группой Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород).

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.