Обсерватория обнаружила «коллапс» черных дыр

Благодаря обновлению обсерватория может регистрировать сигналы от столкновений черных дыр каждые два-три дня, а не раз в неделю или чаще, как раньше.

Гравитационные волны, которые регистрирует LIGO, создаются массивными, быстро движущимися объектами, которые растягивают ткань пространства при своём движении. С момента начала работы LIGO в 2015 году обсерватория зарегистрировала около 90 гравитационно-волновых событий, большинство из которых обусловлено спиральным движением пар чёрных дыр в процессе слияния в одну.

Обсерватория обнаружила столкновения черных дыр

LIGO состоит из двух детекторов, или интерферометров, расположенных в Вашингтоне и Луизиане. Интерферометр разделяет лазерный луч на два и отражает его туда и обратно между двумя зеркалами, расположенными на концах двух длинных вакуумных трубок. Каждая трубка имеет длину 4 км и расположена перпендикулярно друг другу в форме буквы L. В месте пересечения двух трубок расположен датчик.

При отсутствии каких-либо возмущений пространства колебания лучей гасили бы друг друга. Но если пространство растянуто гравитационными волнами, расстояние между лазерными лучами в двух трубках должно измениться, чтобы они не перекрывались идеально, и датчик зафиксирует этот «фазовый сдвиг».

Степень растяжения, которую гравитационно-волновые события создают в трубках, обычно составляет лишь малую часть ширины протона. Чтобы датчик мог регистрировать столь малые изменения, необходимо изолировать систему от помех окружающей среды и самих лазеров.

Обсерватория LIGO состоит из двух идентичных интерферометров в Вашингтоне и Луизиане (США). Каждый интерферометр состоит из двух труб длиной 4 км, расположенных в форме буквы L. (Фото: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab)

Во время модернизации перед запуском обсерватории в 2019–2020 годах ученые снизили уровень шума, используя технологию, называемую «сжатием света».

Эта технология предназначена для снижения шума от самого лазерного излучения. Свет состоит из отдельных частиц, поэтому, когда лазерные лучи достигают датчика, отдельные фотоны могут достигать его до или после, что приводит к тому, что лазерные волны не перекрываются и полностью нейтрализуются даже в отсутствие гравитационных волн.

Метод «сжатия света» заключается в том, что в интерферометр вводится вспомогательный лазерный луч с более однородными и менее шумными фотонами, что позволяет уменьшить этот эффект, объясняет Ли Маккаллер, физик из Калифорнийского технологического института.

Идеального измерения не существует.

Однако, в силу странных законов квантовой механики, уменьшение неопределённости времени прибытия фотонов увеличивает случайные флуктуации интенсивности лазерных волн. Это приводит к тому, что лазеры давят на зеркала интерферометра и вызывают их колебания, создавая другой вид шума, снижающий их чувствительность к низкочастотным гравитационным волнам.

«Это прекрасное явление природы, показывающее, что мы не можем провести абсолютно точное измерение, когда точная настройка в одном месте обходится дорого в другом», — сказал Нергис Мавалвала, физик-экспериментатор из Массачусетского технологического института.

Моделирование столкновения двух чёрных дыр и их слияния в одну. (Фото: Центр космических полётов имени Годдарда, НАСА)

Модернизация, проводимая с 2020 года, направлена на решение этой проблемы. Учёные построили дополнительные 300-метровые вакуумные трубки с зеркалами на обоих концах, которые позволяют удерживать вспомогательный луч в течение 2,5 миллисекунд перед подачей его в интерферометр. Эти трубки предназначены для регулировки длины волны вспомогательного лазера, снижая шум на высоких частотах и уменьшая вибрацию зеркала на низких частотах.

Благодаря этому усовершенствованию исследователи смогут извлекать более подробную информацию о том, как чёрные дыры генерируют гравитационные волны, включая вращение каждой чёрной дыры вокруг своей оси и их взаимное вращение. Это означает, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна, предсказывающая существование как чёрных дыр, так и гравитационных волн, будет проверена более тщательно, чем когда-либо прежде.

Астрофизики также предсказывают, что гравитационные волны выявят и другие типы сигналов, помимо сигналов, возникающих при столкновениях и слияниях чёрных дыр, например, гравитационное поле коллапсирующей звезды перед взрывом сверхновой. Учёные также надеются обнаружить гравитационные волны на поверхности пульсара — вращающейся нейтронной звезды, испускающей импульсы излучения.

(Источник: Zing News)

Полезный
Эмоция
Творческий
Уникальный

Источник: https://vtc.vn/dai-quan-sat-phat-hien-cac-lo-den-dam-nhau-ar785809.html