Франко-итальянский детектор Virgo, вид с воздуха на центральное здание, трёхкилометровое западное плечо и начало северного плеча (когда пространство-время сжимается, изменяется длина плеч: одно становится длиннее, а другое короче). Прочие здания — это офисы, мастерские, компьютерные залы и зал управления интерферометром. Фото: The Virgo collaboration/CCO 1.0
В августе три детектора на двух континентах зарегистрировали сигнал гравитационной волны — колебания ткани пространства-времени — от пары чёрных дыр в процессе слияния. Событие наблюдалось в районе GW170814, о нём 27 сентября 2017 года объявила конгломерация LIGO (пресс-релиз LIGO, пресс-релиз Национального научного фонда, научная статья о событии). Слияние чёрных дыр зарегистрировано 14 августа 2017 года в 10:30:43 UTC.
Это уже четвёртая гравитационная волна, которую зафиксировали обсерватории LIGO, но первый случай, когда гравитационные волны зарегистрированы сразу тремя разными детекторами, в том числе европейским Virgo. Работа показывает результат улучшенной локализации космических событий через глобальную систему объединённых в единую сеть обсерваторий гравитационных волн. В открытии участвовали два детектора конгломерации LIGO в штатах Луизиана и Вашингтон (США), а также детектор Virgo, размещённый возле Пизы (Италия). Он впервые участвовал в детектировании гравитационных волн.
«Менее года назад Национальный научный фонд США объявил, что Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) впервые в мире зарегистрировала гравитационные волны, которые появились в результате слияния двух чёрных дыр в галактике за миллиард световых лет, — сказал директор Национального научного фонда Франс Кордова (France Cordova). — Сегодня мы рады объявить о первом открытии, сделанном в партнёрстве между гравитационно-волновой обсерваторией Virgo и научной коллаборацией LIGO, первом случае, когда гравитационные волны наблюдались этими обсерваториями, расположенными в тысячах километров друг от друга. Это замечательная веха в растущих международных научных усилиях по раскрытию экстраординарных тайн нашей Вселенной».
Кроме первого случая такого сотрудничества, регистрация тремя детекторами окончательно развеяло сомнения скептиков в том, что гравитация передаётся волнами, а пространство-время может сжиматься: «Регистрация гравитационных волн детектором Virgo, находящемся на другом континенте и значительно отличающемся по конструкции от двух почти идентичных детекторов LIGO, позволяет полностью забыть об и без того крайне маловероятной возможности, что предыдущие события вызывались какими-то земными причинами», — пояснил Фарит Халили, профессор физического факультета МГУ.
Событие в районе GW170814 зарегистрировано на последнем этапе слияния двух чёрных дыр с массами 31 и 25 солнечных масс на расстоянии около 1,8 млрд световых лет от Солнечной системы. В результате слияния образовалась вращающаяся чёрная дыра массой около 53 солнечных масс, то есть три солнечные массы преобразовались в энергию гравитационных волн.
Детектор Virgo совсем недавно обновили до второго поколения, он вступил в строй 1 августа 2017 года. Учёным повезло зарегистрировать гравитационные волны уже через две недели после начала работы. Одновременно ту же самую волну зарегистрировали детекторы LIGO.
Начало работы Virgo после шестилетнего апгрейда — очень важное событие. Дело в том, что когда событие регистрируется сразу тремя детекторами, то можно гораздо точнее локализовать его координаты и расстояние. В частности, звёздный регион GW170814 имеет площадь всего 60 квадратных градусов (1 стерадиан равен 3282,806 кв. градусов, а полный угол — 41252,96125 кв градусов). Это более чем в десять раз меньше, чем можно было определить, используя только два интерферометра LIGO. В нашем случае место события расположено в небольшой области в созвездии Часов на ночном небе южного полушария Земли.
Столь точное определение координат важно, потому что многие слияния компактных объектов — например, слияния нейтронных звёзд — обычно приводят к выбросу широкополосного электромагнитного излучения вдобавок к гравитационным волнам. То есть его могут регистрировать и другие инструменты, а не только лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория.
Сразу после регистрации аномалии на регион GW170814 нацелились 25 обсерваторий по всему миру, но никакого дополнительного излучения не последовало, как и должно быть в случае с чёрными дырами.
Учёные отмечают, что во время следующего запуска LIGO осенью 2018 года они надеются регистрировать гравитационные волны более часто: может быть, каждую неделю или ещё чаще. Уж тогда мы будем точно знать, когда колеблется ткань пространства-время, в которой мы находимся.
Научная статья о событии GW170814 принята для публикации в журнале Physical Review Letters.
Комментарии (41)
CYBOPOB
28.09.2017 19:04Вот любопытно, если такое событие произойдет на более близком расстоянии. Гравитационная волны проявят себя как то, кроме регистрации на сверх точных прибора? Есть тут сведущие по данном вопросу люди?
Shkaff
28.09.2017 21:24+1Можно оценить: амплитуда волны падает линейно с расстоянием. Сейчас источник находился примерно в 1025 метров, а амплитуда — около 10-18м (для примера). Допустим, ЧД сливаются на границе солнечной системы — это в 1013 м от нас. То есть, амплитуда будет около 10-5м, что не так уж мало. Думаю, это может сильно повлиять на всякие приборы.
Если бы ЧД были у Альфа Центавра — амплитуда волн была бы около 10-8м, что уже менее видимо, но все равно точно повлияет на всякий gps.
coturnix19
29.09.2017 11:4410-5 — это порядка теплового расширения многих материалов, это уже вполне макроскопическое воздействие. И хотя наверное особо точные приборы это заметят, большинству будет незаметно.
С другой стороны, для земли как планеты 10-5 изменение радиуса уже получается порядка десятков метров — в зависимости от частоты, можно получить нехилое такое землетрясение.
С совсем третьей стороны, модуль юнга типичных твердых веществ (например, оболочки костей) составляет порядка 1е7, так что при деформациях порядка 1е-5 получаются давления до 100 Па, что вроде не много но в терминах звука получается очень даже громко — примерно как безумный крик прямо в ухо (данные из вики).Shkaff
29.09.2017 12:4310-5 м это все же абсолютная магнитуда, а не относительное изменение (это я про радиус Земли).
А так да. Другое дело, что, думается, грав волны при наличии двух массивных ЧД на границе солнечной системы были бы нашей самой малой проблемой:)
coturnix19
30.09.2017 12:29>> 10-5 м это все же абсолютная магнитуда, а не относительное изменение (это я про радиус Земли).
— чето я туплю, поясните какая разница, или точнее что вообще имеется ввиду под абсолютной магнитудой? относительно чего?
>>
А так да. Другое дело, что, думается, грав волны при наличии двух массивных ЧД на границе солнечной системы были бы нашей самой малой проблемой:)
— ну, для начала сс не будет — вместо этого мы все вместе (включая солнце) будем дружно вращаться вокруг этих самых черных дыр =)Shkaff
30.09.2017 13:56+2относительно чего?
Строго говоря, это амплитуда возмущения метрики пространства-времени относительно невозмущенного состояния. Эту амплитуду можно пересчитать в смещение объекта относительно положения покоя (ну или в изменение расстояния между двумя объектами).
coturnix19
30.09.2017 19:34Т.е., возьмем например большую и плоско-параллельную волну. Т.е. конечно такие волны — абстракция и звездами не излучаются, но на большом расстоянии должно быть достаточно точным приближением. Возьмем две пылинки, на расстоянии 1см друг от друга. При прохождении волны расстояние между ними уменьшилось на 10-5 метра. Чуть дальше находятся уже две пылинки с расстоянием между ними 10 см. И между ними расстояние уменьшилось на 10-5 метра. А теперь возьмем три пылинки — с расстоянием 1, 10 и 11 см между ними, расположенные на линии.Между первой и третьей — на 10-5, первой и второй 10-5, тогда получается что между второй и третьей — 0, а такого быть не может, ведь взяты они случайно. Значит, амплитуда не может быть абсолютной — она должна быть отнесена к какому-то фиксированному расстоянию — либо к метру/сантиметру если работаем в человеческой системе величин, либо к 29979245800 см если в учёной.
Shkaff
30.09.2017 21:21+1Оу, я написал коммент и понял, что именно об этом вы и говорите. Все было правильно с самого начала, а я, видимо, сперва неправильно вас понял, а потом забыл, о чем речь идет:( Мои извинения, был неправ!
Собственно, коммент:
Гравитационная волна определяется как возмущение метрики пространства-времени. Метрика, по сути дела — множитель в определении длины между двумя объектами. Соответственно, ее возмущение — изменение множителя перед длиной. Как результат, амплитуда волны пропорциональна изменению в расстоянии между объектами:
Например, если принять определенную точку пространства за ноль — расстояние от нее до частицы изменится пропорционально амплитуде волны. На этом и основаны ГВ детекторы.
Arxitektor
28.09.2017 19:43Есть тут сведущие по данном вопросу люди?
Вроде в предыдущих статьях говорилось что никак.
Прочие эффекты от слияния умножат на 0 наблюдателя гораздо раньше.
Klepus
28.09.2017 21:50-1Вот смотрю на это фото и недоумеваю — писАли же, что приборы чрезвычайно чувствительны к посторонним вибрациям, что улавливают чуть-ли не авто на расстоянии несколько км, но, блин, над одним детектором 2(ДВЕ, карл) эстакады… и в ста метрах, судя по фото автомобилей, оживленная дорога… Неужели нельзя было найти место БЕЗ дорог в радиусе 10 км??!!! У них с этим проблема???
Tremere
29.09.2017 04:09там защита от внешних вибраций, а эффект, по которому регистрируются ГВ, если я не совру — это изменение длины луча лазера от ГВ
Shkaff
29.09.2017 08:32Вы правы, но по этим дорогам особо никто не ездит. Эстакады — вообще технические, там проезд запрещен, а дороги — куда без них. А вообще автомобили сильно мешают, даже несмотря на всю изоляцию.
stepmex
29.09.2017 10:46Если такое сильное влияние дорог, почему не строить подобные объекты где-нибудь в тундре?
Территории огромные, цивилизации фактически нет, внешних «раздражителей» нет, идеальная среда.
ЗЫ я понимаю про технические сложности строительства и обслуживания в дали от цивилизации, но это же идеальная среда для подобных проектов.Shkaff
29.09.2017 12:44Тут всегда оптимум: доступность для ученых и обслуживания против влияния шумов. Места для детекторов выбирались очень тщательно. Вот в штатах там побольше пустого места, там и засунули их в болота луизианы, где никого нет рядом, и на север в Вашингтон, где пустыня по сути дела. А Европе тоже хотелось свой детектор, а места без людей мало… вот что нашли — то нашли:)
mwaso
29.09.2017 06:40Сразу после регистрации аномалии на регион GW170814 нацелились 25 обсерваторий по всему миру, но никакого дополнительного излучения не последовало, как и должно быть в случае с чёрными дырами.
Тут еще не хватает слова «очевидно». /sarcasm Почему? А столкновение вещества в аккреционных дисках не порождает дополнительных излучений, которые успевают вырваться за горизонт новой ЧД? А если туда смотреть в тот самый момент?
Shkaff
29.09.2017 08:34Ну потому что Ализар, что вы, в самом деле. Все правильно, может быть сигнал, если достаточно вещества вокруг ЧД, потому и ищут.
Andronas
29.09.2017 10:30Возникал вопрос почему первоначально зарегистрировали только одно событие. Ведь гравитационные волны должны приходить довольно часто? Или детектор работал не постоянно, а включался периодически на небольшое время?
Учёные отмечают, что во время следующего запуска LIGO осенью 2018 года они надеются регистрировать гравитационные волны более часто: может быть, каждую неделю или ещё чаще.Shkaff
29.09.2017 12:46Детектор работал на протяжении нескольких месяцев, а потом был выключен. Сейчас чувствительности не хватает, чтобы наблюдать много событий. Поэтому только исключительно мощные или близкие получается поймать.
SpaceEngineer
30.09.2017 01:18GW170814 — это не область неба, а номер события в каталоге. 170814 — это 2017 год, 08 месяц, 14 число.
MatiasGray
02.10.2017 16:46-1Ух! С появлением таких невероятных инструментов начинает воплощаться в реальность фантастическая картина будущего, в которой мы, сидя на одном шарике, можем наблюдать события во всей вселенной.
IvanKor2017
Вчера здесь утверждали что источником сигнала были сливающиеся черные дыры масс 25 и 30 солнечной, на расстоянии около 1.5 миллиарда световых лет.
Сигнал у всех 3-х станций различный и учитывая невероятно далекое расстояние можно однозначно сказать что это было игольчатое (НАПРАВЛЕННОЕ) излучение ГВ которое попало именно в Землю. Достойное эксп. дополнение ОТО.
Shkaff
Излучение ГВ по определению не направленное (точнее, не "игольчатое", диаграмма направленности достаточно сложная), просто энергия излучения такова, что даже "размазанную" по всем сторонам ее хватает, чтобы поколебать наши детекторы.
IvanKor2017
Тогда непонятно почему различная амплитуда с детекторов.
Shkaff
Ну, источник-то точечный (как мы видим), а детекторы под разными углами к направлению распространения, так что тригонометрия просто.
IvanKor2017
С интерферометра мы видим фурье отклик задемпфированных зеркал. Обратное преобразование дает вид возмущения который породил покой зеркал. Это может быть что угодно, скорее всего сеймическая волна или аномальный всплеск экстростатики.
Полоса пропускания интерферометра никакая, рассчитанная только на вибрацию зеркал
а не на реакцию света в плечах и лаз. источника. Это если предположить что скорость ГВ близка или равна скорости ЭМВ.Если скорость ГВ маленькая и попадает в полосу пропускания то источник ГВ должен возникнуть задолго до возникновения вселенной. Поэтому о геометрии и речи не может быть.
Shkaff
Я не понимаю вашего комментария. Все измеряется во временном диапазоне, почему фурье отклик?
На трех детекторах одновременно одинаковый сигнал?
Скорость ГВ близка (равна) скорости света.
IvanKor2017
Классический фурье отклик показан внизу этого рисунка вверху рисунка вычисленное возмущение. То что на трех детекторах примерно одновременно одинаковый сигнал это вполне может быть сейсмическая волна и т.п. Более 40 лет назад как то увлекался несколько лет проблематикой обнаружения ГВ. Был у меня и маятниковый подвес зеркала на алюминизированной кварцевой нити общим диаметром 12 мкм, вот там тогда я познал как тяжело исключить влияние электростатики, МП и особенно сейсмических волн. Нынешние экспериментаторы используют маятниковый подвес зеркал на метализированных нитях? Что то я не нашел ответа на этот вопрос. Если нет то ловить будет что угодно.
тогда только реакция зеркал/а о направленности речи не может быть.
Shkaff
Вся сейсмика во-первых, очень точно измеряется независимыми датчиками, а во-вторых, неплохо изолируется (пассивно и активно).
Тройной маятник на кварцевых монолитных подвесах
Электростатика — иногда мешает, но коррелированный сигнал не создает.
Я, наверное, что-то туплю, но все равно не понимаю. Волна — квадрупольная, если детектор перпендикулярен направлению распространения, он получает максимальный сигнал, если параллелен — никакого сигнала. Любой другой угол дает разную амплитуду. Далее, по задержкам — если сигнал сначала на L1, потом на H1, потом на V1 — то очень просто определить направление, так?
IvanKor2017
Если ГВ то это волна пространства она накроет всю установку, все элементы будут в одной системе координат и естественно никакого взаимного перемещения не произойдет. Если это сейсмическая или. проч. волна то да, перемещения будут всегда, преимущественно в каком то направлении и с точностью до крутильных и проч. характеристик подвеса.
Подвес очень жесткий (8 нитей и каждая по 400 мкм).
На этом разрешите откланяться. Спасибо что помогли разобраться в установке, а мнение о её работе каждый вправе иметь свои.
Shkaff
Да всегда пожалуйста:)
Не для вас, а для читателей:
Это не так, волна растягивает и сжимает пространство в зависимости от направления, вот так:
Поэтому зеркало в одном плече смещается в одну сторону (пространство растягивается), а в другом плече — в противоположную (пространство сжимается), что и вызывает сигнал.
Сейсмическая активность не может вызвать коррелированный сигнал на трех детекторах с задержкой в миллисекунды — все же акустические волны гораздо медленнее.
Wizard_of_light
Если вы о первом графике, то там по вертикали отношение сигнал/шум. LIGO-Хэнфорд и VIRGO просто зашумлены сильнее были в момент прихода сигнала.
IvanKor2017
Интерферометр майкельсона уже как то использовали в дырявом заброшенном сарае на горе в ветрянную погоду. Где принципиально что либо замерять было невозможно. Примерная ситуация и сейчас. Что например мешало/ет убрать детерминированные наводки в виде 50/60 Hz, их гармоник, и тем самым улучшить отношение сигнал/шум и доверие к этому эксп.
Shkaff
В LIGO это и делают, в Virgo — пока нет, но будут.
halfhope
Они просто в разных местах находятся. В общем все выглядит как триангуляция сигнала. Детекторы работают как антенна Допплеровского пеленгатора, только они находятся далеко друг от друга и под разными углами, а синхронизация происходит с помощью атомных часов. Точность определения вектора можно повысить разместив детекторы как можно дальше друг от друга (макс 20 тыс км), увеличить их количество, увеличить длину плеча. Сейчас работают 3 детектора, 2 строятся и один планируется построить. Из массива детекторов получается один огромный гравитационный телескоп планетарных масштабов.