ABŞ-ın Luiziana ştatının Livinqston və Vaşinqton ştatının Hanford şəhərlərində yerləşən Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanasının (LIGO) detektorları ikinci dəfə iki qara dəliyin toqquşmasından qravitasiya dalğalarını aşkar ediblər. Bu başlanğıcdır yeni era Astronomiya elmində alimlər bildiriblər.

Alimlər qara dəlikləri siliblər

Eynşteyn, haqlısan!

LIGO əməkdaşlığı 1980-ci ildə amerikalı fiziklər Kip Torn və Ronald Dreaverin təşəbbüsü ilə yaradılıb və ABŞ Milli Elm Fondu tərəfindən maliyyələşdirilir. Quraşdırmalar təxminən 370 milyon dollara başa gəlib. Layihədə 15 ölkədən mindən çox tədqiqatçı, o cümlədən Moskva Dövlət Universitetinin Fizika fakültəsinin və Tətbiqi Fizika İnstitutunun əməkdaşları iştirak edir. Rusiya Akademiyası Elmlər (Nijni Novqorod).

O, ilk dəfə ötən il sentyabrın 14-də aşkar edilib, məlumatlar isə bu il fevralın 11-də işlənib. biri Günəşdən 29, digəri isə 36 dəfə ağır olan bir cüt tərəfindən yaradılmışdır. Kütləsi Günəş kütləsindən 62 dəfə çox olan nəhəng cazibə obyektinə birləşdilər. Bu, 1,3 milyard il əvvəl baş verib.

Kəşf 1915-ci ildə Albert Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi çərçivəsində formalaşdırdığı fərziyyəni təsdiqlədi. Fizik, kosmos-zaman sistemində “dalğalar” yaradan qravitasiya dalğalarının mövcudluğunu təklif etdi. O, 1859-cu ildə fransız astronomu Urbain Le Verye tərəfindən kəşf edilən Merkurinin orbitindəki dəyişikliklərin təsirini məhz cazibə dalğalanmaları ilə izah etdi. Albert Eynşteyn bildirdi ki, Günəşin kütləsi məkan-zamanı əyir və Merkuri Günəşə ən yaxın planet olduğundan onun orbiti dalğalanır və “əyrilik” zonasında sona çatır. Böyük alim həmçinin hesab edirdi ki, əyri məkan-zaman ulduz işığını “əyməyə” qadir olan obyektivdir. Bunu daha sonra İngilis astronomu Artur Eddinqton təsdiqlədi, o, günəş tutulmasının fotoşəkillərini çəkərkən Hyades klasterindən ayrı-ayrı ulduzların işıq emissiyasının Günəşin təsiri altında təxminən iki mində bir dərəcə dəyişdiyini aşkar etdi.

Təkrar siqnal

İndi hər şey praktikada təsdiqləndi! Detektorlar ikinci siqnalı ötən il dekabrın 26-da tutsalar da, onun haqqında məlumatlar yalnız indi işlənib.

İlk qeydə alınan siqnal aydın idisə, ikincisi daha zəif oldu, lakin yenə də xüsusi bir texnika onu "süzgəcdən keçirməyə" imkan verdi. Tədqiqatçılar əvvəllər olduğu kimi, qravitasiya “dalğalarının” birinin kütləsi 14, digərinin isə Günəşdən 8 dəfə böyük olan iki qara dəliyin toqquşması nəticəsində yarandığı qənaətinə gəliblər. Onların birləşməsinin son saniyələri təxminən bir günəş kütləsinə ekvivalent enerji buraxaraq, Günəşin kütləsindən 21 dəfə böyük olan böyük bir fırlanan qara dəlik meydana gətirdi. Hadisə təxminən 1,4 milyard il əvvəl baş vermişdi, lakin dalğalar kosmosda həmişə olduğu kimi yalnız indi bizə çatdı...

Mütəxəssislərin fikrincə, siqnal qara dəliklərin birləşməsindən əvvəlki son 27 inqilab zamanı qeydə alınıb. Livinqston detektoru bu hadisəni Hanford detektorundan 1,1 millisaniyə tez qeyd etdi. Bu, dalğa mənbəyinin səmada yerini təxminən təxmin etməyə imkan verir.

Dalğaların görünüşünü proqnozlaşdırmaq olar

Tapıntının təfərrüatları jurnalda dərc olunub Fiziki baxış məktubları. Moskva Dövlət Universitetinin fizika fakültəsinin professoru Fərid Xəlili “Əhəmiyyətli olan odur ki, ikinci siqnal nisbətən kiçik kütlələrə malik qara dəliklər tərəfindən yaradılıb ki, bu da astrofiziklərin proqnozlarına daha yaxşı uyğun gəlir.” İndi biz ola bilərik. ilk hadisənin nadir bir istisna olmadığına daha çox əmin oldum.

Moskva Dövlət Universitetinin dosenti Sergey Strygin deyir: "Qravitasiya dalğalarının yenidən aşkarlanması sonrakı tədqiqatlar üçün bütün dünyada yeni nəsil qravitasiya dalğası detektorlarının yaradılmasına güclü təkan verir".

Mütəxəssislər ümid edirlər ki, əldə edilən məlumatlar gələcəkdə qravitasiya dalğalarının aşkarlanma tezliyini proqnozlaşdırmağa imkan verəcək. LIGO-dan iki dəfə daha həssas detektorlara malik Advanced LIGO rəsədxanası işə salındıqda müşahidələrin bu payızda davam etdirilməsi planlaşdırılır. Bundan əlavə, payızın sonuna qədər Avropa Qız Bürcləri Rəsədxanası LIGO əməkdaşlığına qoşulacaq.

Uzun illər əvvəl qravitasiya dalğalarının mövcudluğu Albert Eynşteyn tərəfindən proqnozlaşdırılmışdı.

Təxminən bir əsr sonra, kosmos-zamanın toxumasındakı bu dalğalar nəhayət kəşf edildi.

Bəs bu elmi yenilik niyə bu qədər vacibdir? Bu suala cavab vermək üçün qravitasiya dalğaları haqqında 10 faktı təqdim edirik:

1. Zamanla səyahət etmək imkanı

Azarkeşlər elmi fantastika Qravitasiya dalğalarının mövcudluğu təsdiqlənəndə bütün dünya sevindi. Qravitasiya dalğalarının mövcudluğuna əsaslanan Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin tənliklərinin bir hissəsinin zamanda səyahətin mümkünlüyünü sübut etməsi bayram üçün xüsusi səbəb oldu. Elmi ictimaiyyət vurğuladı ki, bəşəriyyət hələ də zaman səyahətindən uzaqdır, lakin nəzəriyyə doğrudursa, deməli, bu, yalnız zaman məsələsidir.

Prinston Universitetinin astrofizika departamentinin sədri, "Hələ başa düşmək üçün çox şey var" dedi. Lakin ümumi nisbilik tənlikləri deyir ki, mənfi kütləli hissəciklər və sabit qurd dəlikləri zamanda səyahət etməyə imkan verir”. O, daha sonra aydınlaşdırdı ki, əsl zamanda səyahət hələ də insan anlayışından kənar ola bilər.

2. Yerləşdirmənin təsdiqi

Qravitasiya dalğalarının mövcudluğunu təsdiq edən növbəti mühüm fakt lokallik nəzəriyyəsidir. Yerlilik fizikada bir cismin yalnız yaxın ətrafının təsir etdiyini bildirən bir nəzəriyyədir. Bu, kvant erasında kifayət qədər açıq görünür (baxmayaraq ki, Bellin təcrübələri kvant bir-birinə qarışmış hissəciklərin bu prinsipi pozduğunu göstərdi), lakin Nyuton dövründə cazibə qüvvəsinin fərqli davrandığı ümumiyyətlə qəbul edilirdi.

Nyutonun cazibə doktrinası ondan ibarət idi ki, cismin kütləsindəki dəyişikliyin təsiri ani olaraq cismin kütləsində dəyişikliklərə səbəb ola bilər. cazibə qüvvəsi bütün Kainatda. Eynşteynin nəzəriyyəsi nöqteyi-nəzərindən bu, qravitasiya dalğalarının işıq sürətindən daha sürətli hərəkət etməsi demək olardı.

Nyutonun özü bu nəzəriyyəyə inamsız idi, çünki bu, cazibə qüvvəsinin hava kimi bir mühit olmadan yayıla biləcəyini ifadə edərdi. Qravitasiya dalğalarının mövcudluğu sübut edir ki, Nyuton özünün qeyri-yerlilik fikrinə şübhə etməkdə haqlı idi, çünki qravitasiya dalğaları cazibə qüvvəsi adlanan əsas hissəciklər vasitəsilə hərəkət edir və onlar işıq sürəti ilə hərəkət edirlər.

3. Kainatda Əkizlər

İki qara dəliyin superkütləli qara dəliyə birləşməsi çoxdan nəzəriyyə edilmiş, lakin heç vaxt sübuta yetirilməyən bir şeydir... ultra həssas avadanlıqla silahlanmış bir cüt elm adamı belə bir hadisənin 1,3 milyard il əvvəl baş verdiyini iddia edənə qədər. Cavabsız sual isə bu iki qara dəliyin birləşəcək qədər bir-birinə necə yaxınlaşdığıdır.

Üstünlükdə olan nəzəriyyə onların tək bir ulduzun çökməsindən doğulmasıdır (bir ulduzun fövqəlnovaya çevrilməsi nəticəsində qara dəliklər əmələ gəlir). Əvvəllər tək bir supernovanın iki qara dəlik yarada biləcəyinə dair heç bir sübut yox idi, lakin qravitasiya dalğası analizindən əldə edilən məlumatlar sayəsində bu kimi yeni nəzəriyyələr tədqiq edilə bilər.

4. Kainata yeni baxış

İndi bəşəriyyət qravitasiya dalğalarını aşkar edə bildiyi üçün elm adamları Kainatı öyrənmək üçün tamamilə yeni üsula sahibdirlər. İndiyə qədər alimlərin kosmosun dərinliklərində baş verənləri araşdırmaq qabiliyyəti kosmosda yayılan işıq və radio dalğaları kimi elektromaqnit dalğalarının təhlili ilə məhdudlaşırdı.

Bu analiz üsulu məhduddur, çünki qara dəliklər işıq yaymır və elektromaqnit dalğaları qara dəliyə kifayət qədər yaxınlaşarsa, onun ətrafında əyilirlər. Qravitasiya dalğaları bu problemə qarşı immunitetlidir, buna görə də alimlər indi birbaşa qara dəliklərdən gələn məlumatları təhlil edə bilirlər.

5. Yeni silah növləri

Heç kimə sirr deyil ki, bəşəriyyət silahları sevir. Alimlərin hər yeni kəşfi ilə ilk suallardan biri “bu kəşf silah kimi istifadə edilə bilərmi”dir. Xoşbəxtlikdən, astrofiziklər ulduzlararası gəmilər yaratmaq üçün qravitasiya dalğalarından istifadə ideyasının onları silaha çevirmək ideyası kimi tamamilə cəfəngiyat olduğunu qeyd etdilər.

Lakin bu, Müdafiə Kəşfiyyat Agentliyinə yüksək tezlikli qravitasiya dalğalarının ABŞ təhlükəsizliyinə təhlükə yarada biləcəyini öyrənmək üçün komissiya yaratmağa mane olmadı.

6. Daha təkmil LIGO-lar

Bu gün teleskoplardan başqa kainatı öyrənmək üçün yeni bir sevimli üsul var. Adi kosmik tədqiqat üsulları kosmosda hərəkət edərkən müxtəlif elektromaqnit şüalanma formalarının təhlilini əhatə edir. Kosmosu araşdırmaq üçün elektromaqnit dalğalarından istifadənin əsas problemi onların Yerə çatmazdan əvvəl tez-tez təhrif edilməsidir.

Lakin bu, Lazer İnterferometr Qravitasiya Dalğası Rəsədxanalarında (LIGO) uçqun interferoqrafından istifadə etməklə aşkar edilə bilən qravitasiya dalğaları üçün problem deyil. Hazırda qravitasiya dalğalarının təhlili üçün cəmi iki LIGO rəsədxanası var.

Bu, onların həddindən artıq baha olması ilə bağlıdır (məsələn, Amerika LIGO-nun 40 il saxlanılması 1,1 milyard dollardan çox baha başa gələcək) və sübut olunmamış nəzəriyyə əsasında elmi təcrübə kimi qurulmuşdur. Qravitasiya dalğalarının mövcudluğunun təsdiqlənməsi ilə hökumətlər yeni və daha təkmil LIGO-ların hazırlanmasına pul xərcləməyə daha çox həvəsli olacaqlar.

7. Yeni rabitə texnologiyası

Qədim dövrlərdən bəri elektromaqnit dalğaları üstünlük təşkil edən ünsiyyət vasitəsi olmuşdur. İnsanlar tüstü siqnallarından, telefonlardan və radiolardan istifadə edirdilər. Elektromaqnit dalğaları ünsiyyət üçün əla vasitədir, çünki onlar işıq sürəti ilə hərəkət edirlər və uzun məsafələri qət edə bilirlər.

Rabitə üçün elektromaqnit dalğalarından istifadə zamanı aşkar edilən yeganə çatışmazlıq onların istənilən maddə tərəfindən asanlıqla udulmasıdır. Qravitasiya dalğaları bu problemi həll edir, çünki onlar o qədər kiçik hissəciklərdən ibarətdir ki, hər hansı bir maddədən ən kiçik bir səy göstərmədən keçə bilirlər.

Qravitasiya dalğalarından istifadə zamanı “görmə xətti” probleminin aradan qaldırılması peyklər və relay stansiyaları kimi periferik cihazlara ehtiyacı xeyli azaldar, bu da rabitə xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldar. Yeganə mənfi cəhət odur ki, qravitasiya dalğalarını yaratmaq çox çətindir və aşkar etmək daha çətindir.

8. Müxtəlif qravitasiya dalğaları

Bu məqalədə müzakirə olunan qravitasiya dalğaları məkan və zamanda “dalğalar”dır. Kosmos boşluğunda işıq sürəti ilə səyahət edə bilərlər. Hidrodinamikada qravitasiya dalğaları anlayışı da var - bu mayedə baş verən hadisədir. Bu, cazibə qüvvəsinin mayenin deformasiyaya uğramış səthini tarazlıq vəziyyətinə qaytardığı mayenin səthindəki dalğa növüdür.

9. Eynşteynin proqnozları

Bu gün artıq hamıya məlumdur ki, Eynşteynin proqnozlarının böyük əksəriyyəti doğru çıxdı. Bunda xüsusilə unikal olan, Eynşteynin demək olar ki, tamamilə nəzəri bir fizik olmasıdır. Əksər elm adamları hər hansı bir şeyi sübut etmək üçün mürəkkəb təcrübələrə güvənsələr də, Eynşteyn texnologiyanın mövcud olduğu zaman başqa insanların sübut etdiyi nəzəriyyələr irəli sürdü.

Eynşteynin məkan və zamanın əyriliyi ilə bağlı proqnozları ilk dəfə 1919-cu ildə, onun xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin nəşrindən 14 il sonra təsdiqləndi. Orada alim ulduzlardan görünən işığın Günəş ətrafında əyiləcəyini proqnozlaşdırmışdı. Astronomlar bu baş verəndə buna şübhə ilə yanaşırdılar günəş tutulması 1919-cu ildə teleskopları ilə gördülər.

10. Orta insan üçün faydasızdır

Və qravitasiya dalğaları haqqında bilməli olduğunuz ən vacib şey. Eynşteynin başqa bir nəzəriyyəsinin doğruluğu sübuta yetirilsə də, bu, tamamilə yeni bir şey deyil. Alimlər qravitasiya dalğalarının həqiqətən mövcud olduğuna əmin oldular.

Lakin onlar bəşəriyyət meydana gəlməzdən əvvəl milyardlarla il mövcud olub və yox olduqdan sonra da var olacaqlar. Elm adamlarının sevinmək üçün səbəbləri var, lakin qravitasiya dalğaları adi insan üçün nə deməkdir? Tamamilə heç nə.

Kosmos-zamanın toxumasındakı dalğalanmalara baxaraq, elm adamları tezliklə “qəribə ulduzları” - adi maddənin düzəldildiyindən köklü şəkildə fərqli hissəciklərdən yaradılmış obyektləri kəşf etməyə ümid edirlər. Atomun nüvəsini təşkil edən proton və neytronlardan ibarətdir

Kosmos-zamanın toxumasındakı dalğalanmalara baxaraq, elm adamları tezliklə “qəribə ulduzları” - adi maddənin düzəldildiyindən köklü şəkildə fərqli hissəciklərdən yaradılmış obyektləri kəşf etməyə ümid edirlər.

Atomun nüvəsini təşkil edən proton və neytronlar kvark adlanan bir neçə əsas hissəcikdən ibarətdir. Kvarkların altı növü və ya “tadı” var: yuxarı, aşağı, qəribə, cazibədarlıq, cazibədarlıq və həqiqi. Hər bir proton və ya neytron üç kvarkdan ibarətdir: iki yuxarı kvarkdan ibarət proton və bir aşağı kvark; iki aşağı və bir yuxarı neytron.

Nəzəri olaraq, maddə digər tatların kvarklarından ibarət ola bilər. 1970-ci illərdən bəri elm adamları bərabər sayda yuxarı, aşağı və qəribə kvarklardan ibarət strapletlər kimi tanınan "qəribə maddə" hissəciklərinin mövcud ola biləcəyini nəzəriyyə etdilər. Prinsipcə, qəribə maddə adi maddədən daha ağır və dayanıqlı olmalıdır və o, təmasda olduğu adi maddəni də qəribə maddəyə çevirə bilər. Lakin laboratoriya təcrübələri hələ də heç bir qəribə maddə yaratmadığından onun mövcudluğu sual altında qalır.

Qəribə maddənin təbii olaraq görünə biləcəyi yerlərdən biri neytron ulduzlarının daxili hissəsi, kataklizmli fövqəlnova partlayışında ölən ulduzların qalıqları ola bilər. Neytron ulduzları adətən kiçikdir - təxminən 12 mil məsafədə - lakin o qədər sıxdırlar ki, onların çəkisi günəşlə eynidir. Şəkər kubu böyüklüyündə bir neytron ulduzunun bir parçasının çəkisi 100 milyon ton ola bilər.

Alimlər deyirlər ki, bu həddindən artıq ağırlığın həddindən artıq gücü altında bir neytron ulduzunu təşkil edən yuxarı və aşağı kvarkların bəziləri qəribə kvarklara və buna görə də qəribə maddədən ibarət qəribə ulduzlara çevrilə bilər.

Qəribə maddədən ibarət qəribə bir ulduz tez bir zamanda qəribə ulduza və ikili ulduz sistemində orbitdə fırlanan neytron ulduzuna çevrilə bilər. Tədqiqatlar göstərdi ki, yoldaş qəribə ulduzdan qəribə maddə toxumu alan neytron ulduz cəmi 1 millisaniyə ərzində qəribə bir ulduza çevrilə bilər.

Tədqiqatçılar indi qravitasiya dalğalarını - ilk dəfə Albert Eynşteyn tərəfindən ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin bir hissəsi kimi təklif etdiyi kosmos-zamanın görünməz dalğalarını müşahidə etməklə qəribə ulduzları aşkar edə biləcəklərinə inanırlar.

Kütləvi sürətlənmə səbəbindən qravitasiya dalğaları yayılır. Həqiqətən böyük qravitasiya dalğaları çox, çox böyük kütlələr, məsələn, birləşən neytron ulduzları tərəfindən yayılır.

Alimlərin fikrincə, qəribə ulduz cütləri "normal" neytron ulduzların yaydığı dalğalardan fərqli olan qravitasiya dalğaları yaymalıdır, çünki qəribə ulduzlar daha yığcam olmalıdır. Məsələn, Günəşin kütləsinin beşdə birinə bərabər olan bir neytron ulduzun diametri 30 kilometrdən çox, eyni kütləyə malik qəribə bir ulduzun eni isə ən çox 10 kilometr olacaq.

Elm adamları, qəribə ulduzlarla əlaqəli hadisələrin 2005 və 2007-ci illərdə dərin kosmosda müşahidə olunan iki qısa qamma-şüa partlayışını - 2 saniyədən az davam edən nəhəng partlayışları izah edə biləcəyini düşünürlər. LIGO bu hadisələrdən qravitasiya dalğalarını aşkar etmədi (GRB 051103 və GRB 070201).

Neytron ulduzlarının birləşmələri qısa qamma-şüa partlayışları üçün yaxşı izahatdır, lakin o zaman LIGO bu birləşmələrin qravitasiya dalğalarını aşkar etməli idi. Bununla belə, hər iki hadisədə qəribə ulduzlar iştirak etsəydi, LIGO heç bir qravitasiya dalğası aşkar etməzdi, alimlər qeyd edirlər. İkili ulduz sistemində ulduz nə qədər yığcam olarsa, cazibə dalğalarının tezliyi bir o qədər yüksək olar.

Gələcəkdə elm adamları qəribə ulduzlar arasında birləşmə hadisələrini aşkar etməyə ümid edirlər. 2015-ci ildə fəaliyyətə başlayacaq LIGO Rəsədxanasının (aLIGO) qabaqcıl versiyasından istifadə edərək, elm adamları ildə təxminən 0,13 neytron ulduzunun qəribə ulduzlarla birləşməsini və ya hər yeddi ildə bir birləşməni aşkar etməyi gözləyirlər. Alimlər hazırda Avropa İttifaqında hazırlanmaqda olan Eynşteyn teleskopundan istifadə etməklə ildə 700-ə qədər, yaxud gündə iki belə hadisəni qeydə ala biləcəklər.

Elm adamlarının LIGO-nun 2005 və 2007-ci il hadisələri ilə bağlı məlumatlarını yenidən nəzərdən keçirməsi və qəribə ulduzların əlamətlərini tapması şansı da var.

Aparıcı astrofizik Pedro Morales Space.com-a bildirib ki, “Qəribə ulduzlarla bağlı bəzi mümkün halları nəzərə alaraq LIGO GRB 070201 və GRB 051103-ü yenidən təhlil etmək çox həyəcanvericidir”. Həmkarı Osvaldo Miranda ilə birlikdə Morales öz nəticələrini Monthly Notices jurnalının son sayında dərc edib.

1,3 milyard il əvvəl, Yerdən uzaqda, günəş sistemi və hətta bizim Qalaktikamızda biri 29 Günəş, digəri isə 36, 20 millisaniyə kütləsi olan iki qara dəlik son dərəcə yaxınlaşdı - bir insan üçün çətin ki, qısa - və onlar bir böyük qara dəliyə birləşdi və artıq toqquşma zamanı ayrılan enerji kosmik zamanın kosmik fəlakət yerindən dalğalanmasına səbəb olur. 14 sentyabr 2015-ci il, Moskva vaxtı ilə saat 13:51-də bu dalğa Yerə çatdı və Amerikanın Livinqston və Hanford şəhərləri yaxınlığında bir-birindən dörd kilometr məsafədə yerləşən qravitasiya teleskoplarının güzgülərinin titrəməsinə səbəb oldu.

Düzdür, o, bir az, demək olar ki, görünməz şəkildə dəyişir: amplituda 10 -19 m (bu, bir portağalın bütün planetimizdən kiçik olduğu kimi atomun ölçüsündən dəfələrlə kiçikdir). Bu cür pozğunluqları aşkar etmək üçün mükəmməl optik dizayn, dəqiqliyin kvant həddinin astanasında ölçmələr, onilliklər nəzəri iş və nəticələrin bir neçə ay ərzində diqqətlə yoxlanılması. Fevralın 11-də Vaşinqton, Moskva, London, Paris və digər şəhərlərdə keçirilən mətbuat konfranslarında LIGO beynəlxalq əməkdaşlığının fizikləri elan etdilər: bəşəriyyət ilk dəfə qravitasiya dalğalarını aşkar etdi və bu, səhv ola bilməz. Qarşıda bizi qravitasiya teleskopları, yeni fizika və kim bilir, bəlkə də yeni reallıq gözləyir.

Bu nədir?

Üzərinə yerləşdirəcəyimiz bir uzanmış parça və müxtəlif ağırlıqlı bir neçə daş təsəvvür edək. Daş nə qədər ağır olsa, parçanı bir o qədər itələyir - eyni şəkildə, Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsinə görə, kütləvi cazibə cisimləri dünyamızı əhatə edən məkan-zaman parçasını itələyir (daha doğrusu, bu parça bizim dünyamızdır, amma indi bu haqda deyil).

Kütləvi cisimlərin məkan-zamana təsirini izah etməyin ən asan yolu qara dəliklərin nümunəsidir - onlar o qədər yığcam və ağırdırlar ki, kosmos-zamanı milyardlarla milyonlarla Mariana xəndəklərinin nəhəng dərinliklərinə itələyirlər.

Hətta onların yaxınlığında vaxt daha yavaş axmağa başlayır və nəhəng huniyə düşən bütün obyektlər artıq çıxa bilmir. Ulduzlar, toz, işıq kvantları - hər şey əbədi olaraq qapalı qalır.

Bəs nəinki daşları qoysaq, həm də fırlatmağa başlasaq nə olacaq? Parça boyunca qıvrımların dalğalanması olacaq. Eynilə, dəyişkən sürətlənmə ilə hərəkət edən kütləvi cazibə cisimləri də ətraflarında məkan-zamanda yayılan dalğalar yaradır - Albert Eynşteynin yüz il əvvəl proqnozlaşdırdığı eyni cazibə dalğaları.

Qravitasiya dalğaları nə yayır?

Qravitasiya dalğaları kütləsi olan və dəyişən sürətlənmə ilə hərəkət edən hər hansı bir obyekt tərəfindən yayılır - fırlanan qara dəlikdən əyləc edən avtomobilə və bu mətni oxuyan şəxsə (sizin yanıb-sönmədən ekrana baxmağınız mümkün deyil - və budur, sürətlənmə) . Sadəcə olaraq, son iki obyektin qravitasiya dalğaları kosmosda o qədər təvazökar dalğalanmalara səbəb olur ki, müasir kvant fizikası nöqteyi-nəzərindən onları qeydə almaq sadəcə mümkün deyil.

Buna görə də fiziklər qravitasiya dalğalarını yalnız çox böyük sürət fərqləri ilə hərəkət edən kütləvi cisimlərdən tapmağa ümid edirdilər. Daha doğrusu, bir cüt belə cisimdən - sadəcə olaraq Nyutonun ikinci qanununa görə, əgər bir ağır cisim böyük dəyişən sürətlənmə ilə hərəkət edirsə, bu hərəkəti "tənzimləyən" böyük bir qüvvə olmalıdır. Bu qüvvənin görünməsinin ən asan yolu yaxınlıqdakı hansısa kütləvi cismin təsirindəndir. Bu cür ağır çəkilər cütləri üçün ideal namizədlər toqquşan qalaktikalar və qara dəliklərin ikili sistemləri və ya birlikdə "yaşayan" neytron ulduzlarıdır.

Həqiqətən əvvəllər qravitasiya dalğalarını tapmağa cəhd etmədilərmi?

Çalışdıq və bir dəfədən çox. Qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün ilk təcrübələrdən bəziləri hələ 70-ci illərdə Moskva Dövlət Universitetinin Fizika fakültəsində professor Vladimir Braginskinin rəhbərlik etdiyi qrupda aparılıb. Sonra binanın zirzəmisində quraşdırılmış cihaz sanki hər axşam güclü və sabit bir şəkildə təkrarlanan siqnal qeydə alırdı. Sensasiya yaranırdı. Tətil Braginskinin özü tərəfindən məhv edildi, o, cihazın bir neçə tramvayın yaxınlıqdakı depoya mehriban girişindən seysmik səs-küyü qeyd etdiyini başa düşdü.

Beynəlxalq BICEP əməkdaşlığından olan tədqiqatçılar sovet fiziklərindən daha az diqqətli idilər. Keçən il onlar Böyük Partlayışdan sonrakı ilk anlardan qorunub saxlanılan kosmik mikrodalğalı fon radiasiyasında qravitasiya dalğalarının təkzibedilməz izlərini elan etdilər. Ancaq sensasiyalı qədimlik səhv oldu: məlumatları işləyərkən alimlər kosmik tozun təsirini nəzərə almadılar.

LIGO əməkdaşlığının detektorları da daxil olmaqla, digər qravitasiya teleskoplarından istifadə etməklə qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün təkrar cəhdlər edilmişdir.

LIGO və qravitasiya teleskopları nədir?

LIGO (Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası) rəsədxananın adıdır və eyni zamanda 14 ölkədən elm adamlarının beynəlxalq əməkdaşlığıdır. Rusiya LIGO-da iki elmi komanda ilə təmsil olunur: Rusiya Elmlər Akademiyasının Tətbiqi Fizika İnstitutundan (Nijni Novqorod) Aleksandr Sergeev qrupu və Moskva Dövlət Universitetinin Fizika fakültəsinin professoru Valeri Mitrofanovun rəhbərlik etdiyi qrup. . Yeri gəlmişkən, sonuncuya yaxın vaxtlara qədər eyni Vladimir Braginski rəhbərlik edirdi.

Rəsədxana kimi LIGO-da detektor və iki interferometr var: biri Livinqstonda (Luiziana, ABŞ), digəri isə Hanfordda (Vaşinqton ştatı, ABŞ) quraşdırılıb. Qravitasiya dalğaları işıq sürəti ilə yayılır və buna görə də siqnal onlara yalnız 10 millisaniyəlik bir qədər gecikmə ilə çatır.

İnterferometrlərin özləri hər biri dörd km olan qolları olan böyük L formalı antenalardır. İçəridə lazer şüalarının işə salındığı yüksək keyfiyyətli optik sxemlər (yəni aşağı səviyyədə kənar səs-küy ilə) var. Qravitasiya dalğasının təsiri altında bir çiyin sıxılmalı, digəri isə əksinə uzanmalıdır. Nəticədə, lazer şüaları qollar boyunca bir qədər fərqli məsafələr qət edir və onların arasında kiçik bir boşluqla çıxışa çatır. Çıxdıqdan sonra yenidən bir araya gəlirlər və bir müdaxilə nümunəsi meydana gətirirlər, bunun xüsusiyyətlərinə görə antenanın qollarının necə dəyişdiyini və bütün bunlara səbəb olan cazibə dalğasının nə olduğunu yenidən qurmaq mümkündür.

LIGO rəsədxanası öz işinə hələ 2002-ci ildə başlamışdı, lakin sonra onun dəqiqliyi qravitasiya dalğalarını qeydə almaq üçün kifayət etmədi. 2010-cu ildə LIGO modernləşdirmə üçün bağlandı və yalnız 2014-cü ildə yenidən işə başladı (Advanced LIGO). Hər bir dizayn elementi sözün həqiqi mənasında həddi-hüdudu ilə seçildi: məsələn, lazer şüalarının keçdiyi güzgülər (onlar hər qolun ucunda quraşdırılır) xüsusi bir fabrikdə istehsal edilmişdir. Avropa əməkdaşlığı VIRGO LIGO ilə paralel olaraq oxşar teleskop qurdu, lakin keçən ilin sentyabrında o, işə salınmadı.

Alimlər hansı siqnalı qeydə aldılar?

Bunu Valeri Mitrofanov deyir. "Əvvəlcə daimi fon səs-küyü var idi və bir anda detektorun sınaq kütlələri, eyni güzgülər müəyyən bir tezlikdə yellənməyə başladı. Sonra - bir dəfə və fasilə. Üstəlik, siqnal eyni anda iki detektora göndərildi: əvvəlcə qravitasiya dalğası birinə, sonra isə bir qədər gecikmə ilə digərinə yaxınlaşdı”.

Siqnalın tezliyi 150 Hz idi (məhz bu tezlik və amplituda 10-19 m olan güzgülər titrəyirdi, daha da yaxınlaşır, sonra bir-birindən uzaqlaşırdı) və işlənmədən sonra onun səbəbi tapıldı: birləşməsi. Yerdən 1,3 milyard işıq ili məsafədə olan iki qara dəlik. Onlardan birinin kütləsi 29 günəş kütləsinə, digərinin isə 36-ya bərabər idi. Nəticədə yaranan qara dəliyin kütləsi bir qədər az oldu: üç günəş kütləsinin enerji çatışmazlığı yalnız formada toqquşma zamanı yayıldı. qravitasiya dalğalarının.

Bu məşəlin parlaqlığı (yəni yayılan ümumi enerji) bütün görünən Kainatın parlaqlığından 50 dəfə çox idi. Əgər o, cazibə qüvvəsi yox, yüngül olsaydı, müşahidə olunan məkan göz qamaşdıracaq dərəcədə parlaq olardı.

Parlaqlıq? Tezlik? Mən tamamilə qarışıqam

Bir daha: elm adamları qravitasiya dalğalarını gördülər. Bu işıq deyil (yəni, elektromaqnit dalğaları və ya kosmosda yayılan maqnit və elektrik sahələrinin birləşdirilmiş vibrasiyası) və səs deyil (bərk, maye və ya qaz mühitində mexaniki titrəmələr, yəni yüksək/aşağı təzyiqli dalğalar) . Sadəcə olaraq, bütün bu hadisələri (işıq, səs və cazibə qüvvəsi) dalğa fizikasının eyni tənlikləri və şərtləri ilə təsvir etmək olar.

Beləliklə, hər bir dalğa herts (Hz) ilə ölçülən bir salınma tezliyinə malikdir. İnsan eşitmə qabiliyyəti 20 hers - 20 kilohertz tezliyində səsləri qəbul etmək qabiliyyətinə malikdir. Gələn qravitasiya dalğasının tezliyi 150 Hz idi, lakin bu o demək deyil ki, çox diqqətlə qulaq assanız eşidilə bilər. Vaşinqtonda keçirilən mətbuat konfransında elm adamları hətta ağlasığmaz dərəcədə uzaq bir yerdə bu toqquşmadan həyəcan verici bir səs çıxardılar, lakin bu, tədqiqatçılar qravitasiya dalğasını deyil, tamamilə eyni olanı qeyd etsəydilər nələrin baş verəcəyinin gözəl bir şərhi idi. bütün parametrlər (tezlik, amplituda, forma) səs dalğası.

Parlaqlıq ilə də eynidir. Bu, sadəcə olaraq, qeyri-adi, lakin düzgün kontekstdə istifadə edilən radiasiya axınının intensivliyini təyin etmək üçün bir termindir. Məsələn, işıq lampaları vəziyyətində: onlar nə qədər intensiv yayırlarsa, bir o qədər parlaq olur və parlaqlığı bir o qədər çox olur. Toqquşan qara dəliklər üçün: onların kütləsi və sürəti nə qədər çox olarsa, onlar kosmosa bir o qədər güclü qravitasiya dalğaları atacaqlar. Bəs onda nə üçün Kainatın 50 parlaqlığının bu hadisəsi bütün Yer planetini bir akkordeona sıxışdırmadı, sadəcə olaraq mürəkkəb düzülmüş güzgüləri başqa bir dünya mehi ilə silkələdi? Lakin qravitasiya qarşılıqlı təsiri elektromaqnit qarşılıqlı təsirdən qat-qat zəif olduğuna görə (buna görə də onu aşkar etmək çətindir) - o qədər ki, biz yalnız Yerə olan cazibəmizi hiss edirik, lakin, məsələn, bir əsrlik palıd ağacına yox, yox. nə qədər yaxın olsaq da.

Bu səhv ola bilərmi?

Alimlər öz tapıntılarına 100% arxayındırlar. Eyni zamanda, onlarda əvvəllər də yanlış pozitivlər olub, lakin kənar şəxslər bu barədə heç vaxt xəbər tutmayıblar, buna görə də dəqiqlik baxımından onlara mütləq etibar etmək olar.

"Birincisi, bu, qravitasiya dalğalarını qeyd etmək üçün birbaşa üsuldur" dedi Valeri Mitrofanov. — İkincisi, nəticələr nəzəriyyəçilərin proqnozları ilə üst-üstə düşdü. Kvant fizikası ilə hesablanmış iki qara dəliyin birləşməsindən qravitasiya dalğası siqnalının nümunəsi var idi. Siqnal yalnız bu sxemə düşdükdə qeydə alınıb - bu, sentyabrın 14-də baş verib və məhz bu model sayəsində biz dəlik kütlələrini yenidən qura bilirik”.

Yeri gəlmişkən, nəticələrin tezliklə elan edilməsi ilə bağlı məlumat sızması sentyabrın ortalarında ortaya çıxdı. Sonra bir çoxları müzakirə etdilər ki, digər şeylərlə yanaşı, siqnal hazırlığını yoxlamaq üçün layihəyə nəzarət edən elm adamları tərəfindən sadəcə məlumatlara qarışdırıla bilər. İndi əməkdaşlığın bütün iştirakçıları bu ehtimalı birmənalı şəkildə inkar edirlər: hadisə sistemin işə salınması zamanı deyil, təlimatlara uyğun olaraq saxta "iynələrin" gözlənilmədiyi sınaq və mühəndislik zamanı baş verdi.

Rusiya iştirak etdi?

Bəli. Artıq qeyd edildiyi kimi, Rusiyadan LIGO əməkdaşlığında Moskva və Nijni Novqoroddan iki laboratoriya iştirak edir. Onlar teleskopun dizaynını hazırlayıblar (məsələn, polad əvəzinə kvars saplarında güzgülərin asılmasını təklif edən rus fizikləri idi, bu, sistemdəki kənar səs-küyü azaldır) və ultra həssas antenaların siqnallarını təhrif edən kvant effektləri ilə mübarizə aparırdı.

"Aldıq kvant cihazı makroskopik ölçülər”, – Moskva Dövlət Universitetinin professoru Sergey Vyatçanin deyir. - Bu, sivilizasiyanın son nailiyyətidir Bu an: LIGO demək olar ki, kvant ölçmə həddinə çatıb. Biz bir neçə kiloqram ağırlığında və bir-birindən bir neçə kilometr ayrılmış iki makroskopik obyektin yerdəyişməsini proqnozlaşdırılan dəqiqliklə qeyd edə bildik. kvant qeyri-müəyyənliyi Heyzenberq."

Layihənin təşəbbüskarlarından biri, Kaliforniya Texnologiya İnstitutunun fəxri professoru Kip Torn fiziklərimizin tədqiqatlara verdiyi töhfəni xüsusilə qeyd edir. Onun sözlərinə görə, qara dəliklərdən qravitasiya dalğalarının axtarılmasını təklif edən və ilk dəfə olaraq kvant qravitasiyası sahəsində tanınmış dünya mütəxəssisi Vladimir Braqinski olub. ölçmələr.

Yuxarı gedək. Birincisi, alimlər öz sistemi üçün artıq Yerdə deyil, kosmosda yerləşəcək üçüncü qravitasiya teleskopunu əldə etməyə ümid edirlər. Sonra, qravitasiya dalğası siqnallarında xarakterik gecikmələrə əsaslanaraq, tədqiqatçılar mənbələrin dəqiq mövqeyini yenidən qura biləcəklər - necə ki, indi üç GPS peyki ilə siqnal mübadiləsi edərək Yerdəki dəqiq mövqenizi öyrənə bilərsiniz.

"Bu, yeni, cazibə dalğası astronomiyasının başlanğıcıdır" dedi Valeri Mitrofanov. — Qədim insanlar Kainatı yalnız görünən işıqda müşahidə edirdilər. Sonra rentgen teleskopları, radioteleskoplar, qamma-şüa teleskopları, neytrino müşahidələri meydana çıxdı və indi biz səmanı, yeri gəlmişkən, heç nə ilə ekranlaşdırılmayan qravitasiya dalğalarında görəcəyik”.

“Bu dalğalar heç bir maddə ilə dayandırıla bilməz və onlarla biz Kainat haqqında indikindən daha çox şey anlaya biləcəyik. Və bir çox sirlər var - məsələn, qaranlıq maddənin sirri."

Bundan əlavə, qravitasiya teleskopu bütün səmanı bir anda skan edə bilər: onu kosmosda müəyyən bir nöqtəyə və ya bir tezlikə kökləmək lazım deyil. Odur ki, gələcəkdə bir çox unikal astrofiziki hadisələr əvvəlcə qravitasiya teleskopu ilə qeydə alınacaq - o, cisimlərin dəqiq yerini müəyyən edə biləcək, sonra isə bu məlumatlardan istifadə etməklə digər müşahidə alətləri düzəldiləcək.

Onsuz olmaz. İndi elm adamları relikt qravitasiya dalğalarını görməyə ümid edirlər - Böyük Partlayışdan dərhal sonra bütün Kainata yayılmağa başlayan eyni dalğalar.
MDU-nun professoru Farit Xəlili deyir: “Bu, bizə zamanın başlanğıcına nəzər salmağa imkan verəcək. "Qravitasiya qarşılıqlı təsiri maddə ilə qarşılıqlı əlaqəni dayandıran ilk şəxs oldu və buna görə də kosmik mikrodalğalı fon radiasiyasının müşahidəsi qravitasiya qarşılıqlı təsirlərini elektromaqnitlərlə birləşdirməyə imkan verə bilər."

Professor fiziklərin çoxdankı arzusundan - kvant cazibəsinin ardıcıl nəzəriyyəsinin işlənib hazırlanmasından danışır, onun çərçivəsində həm elektromaqnit, həm də qravitasiya qarşılıqlı təsirləri vahid termin və tənliklərdən istifadə etməklə təsvir olunur. Bu yolda maksimum vəzifə “hər şeyin nəzəriyyəsi” və ya belə deyildiyi kimi, böyük birləşmə nəzəriyyəsidir. O, bütün dörd məlum fiziki qarşılıqlı əlaqəni birləşdirir (qravitasiya və elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərdən əlavə elementar hissəciklərin mövcudluğunu izah edən zəif və güclü qarşılıqlı təsirlər də mövcuddur).

Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsi də belə bir nəzəriyyənin bir hissəsi olmalıdır. MDU-nun professoru İqor Bilenko deyir: “Biz ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin bitdiyi sahəyə baxa biləcəyik, çünki o, qara dəlikdə təkliyi proqnozlaşdırır”. "Bəlkə də onun tərkib hissələrindən biri, xüsusi hallardan biri kimi ümumi nisbilik nəzəriyyəsini ehtiva edən yeni bir fizikanı görəcəyik."

Nəhayət, bu bayramdan nəsə bizlərə, böyük birləşmə nəzəriyyəsini xəyal etməyən adi insanlara da düşə bilər. MDU-nun dosenti Sergey Strygin deyir: "Hertz elektromaqnit dalğalarını kəşf edəndə bunun elektrik xətlərinə, mobil telefonlara və internetə gətirib çıxaracağını bilmirdi". “Bəlkə də bəşəriyyət nə vaxtsa təkcə cazibə dalğalarını aşkar etməyi deyil, həm də onlardan öz məqsədləri üçün istifadə etməyi öyrənəcək”.

Nə olacaq? Kip Tornun elmi məsləhətçisi olduğu “Ulduzlararası” filmindəki kimi zamanla məlumat ötürülməsi? Zamanla səyahət? İnanılmaz dərəcədə dəli bir şey? Hələ heç nə proqnozlaşdıra bilmərik - biz yalnız gözləyə və baxa bilərik.

1917-ci ildə Eynşteyn tərəfindən nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan qravitasiya dalğaları hələ də öz kəşfini gözləyir.

1969-cu ilin sonunda Merilend Universitetinin fizika professoru Cozef Veber sensasion bəyanatla çıxış etdi. O, kosmosun dərinliklərindən Yerə gələn qravitasiya dalğalarını kəşf etdiyini açıqladı. O vaxta qədər heç bir alim belə bir iddia ilə çıxış etməmişdi və belə dalğaların aşkarlanması ehtimalının özü də açıq-aşkar görünməmiş hesab olunurdu. Bununla belə, Veber öz sahəsində avtoritet kimi tanınırdı və buna görə də həmkarları onun mesajını çox ciddi qəbul edirdilər.

Ancaq tezliklə məyusluq yarandı. Veberin qeyd etdiyi iddia edilən dalğaların amplitüdləri nəzəri dəyərdən milyonlarla dəfə yüksək idi. Weber, bu dalğaların toz buludları ilə örtülmüş Qalaktikamızın mərkəzindən gəldiyini və o zamanlar haqqında çox az şey bilindiyini müdafiə etdi. Astrofiziklər orada hər il minlərlə ulduzu yeyən və udulmuş enerjinin bir hissəsini qravitasiya radiasiyası şəklində atan nəhəng qara dəliyin gizləndiyini irəli sürdülər və astronomlar bu kosmik kannibalizmin daha bariz izlərini tapmaq üçün boş axtarışlara başladılar (bu var. indi sübut olundu ki, orada həqiqətən də qara dəlik var, lakin o, özünü olduqca layiqli aparır). ABŞ, SSRİ, Fransa, Almaniya, İngiltərə və İtaliyadan olan fiziklər eyni tipli detektorlar üzərində təcrübələrə başladılar və heç bir nəticə əldə edə bilmədilər.

Elm adamları hələ də Weberin alətlərindən gələn qəribə oxunuşları nə ilə əlaqələndirəcəklərini bilmirlər. Ancaq cazibə dalğaları hələ də aşkar edilməsə də, onun səyləri boşa çıxmadı. Onları axtarmaq üçün bir neçə qurğu artıq tikilib və ya tikilir və on ildən sonra belə detektorlar kosmosa buraxılacaq. Çox da uzaq olmayan gələcəkdə qravitasiya şüalarının müşahidə olunan fiziki reallığa çevrilməsi tamamilə mümkündür. elektromaqnit vibrasiyaları. Təəssüf ki, Cozef Veber artıq bunu bilməyəcək - o, 2000-ci ilin sentyabrında vəfat etdi.

Qravitasiya dalğaları nədir

Tez-tez deyilir ki, qravitasiya dalğaları kosmosda yayılan qravitasiya sahəsinin pozulmasıdır. Bu tərif düzgündür, lakin natamamdır. Ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə görə, cazibə qüvvəsi məkan-zaman kontinuumunun əyriliyi səbəbindən yaranır. Cazibə dalğaları özünü rəqslər kimi göstərən məkan-zaman metrikasının dalğalanmalarıdır. qravitasiya sahəsi, buna görə də onları çox vaxt məcazi olaraq məkan-zaman dalğaları adlandırırlar. Qravitasiya dalğaları nəzəri olaraq 1917-ci ildə Albert Eynşteyn tərəfindən proqnozlaşdırılıb. Onların varlığına heç kim şübhə etmir, lakin cazibə dalğaları hələ də öz kəşfçisini gözləyir.

Qravitasiya dalğalarının mənbəyi ətraf məkanda cazibə qüvvəsinin qeyri-bərabər dəyişməsinə səbəb olan maddi cisimlərin hər hansı bir hərəkətidir. Sabit sürətlə hərəkət edən cisim heç bir şey şüalandırmır, çünki onun cazibə sahəsinin təbiəti dəyişmir. Qravitasiya dalğalarını yaymaq üçün sürətlənmələr lazımdır, ancaq hər hansı bir sürətlənmə deyil. Simmetriya oxu ətrafında fırlanan silindr sürətlənməyə məruz qalır, lakin onun cazibə sahəsi vahid qalır və qravitasiya dalğaları yaranmır. Ancaq bu silindri başqa bir ox ətrafında fırlasanız, sahə salınmağa başlayacaq və cazibə dalğaları silindrdən bütün istiqamətlərə axacaq.

Bu nəticə fırlanma oxuna görə asimmetrik olan hər hansı bir bədənə (və ya cisimlər sisteminə) aiddir (belə hallarda bədənin dördqütblü momenti olduğu deyilir). Dördqütblü momenti zamanla dəyişən kütlə sistemi həmişə cazibə dalğaları yayır.

Qravitasiya dalğalarının əsas xassələri

Astrofiziklər təklif edirlər ki, qonşu ulduzdan maddə udarkən kütləvi pulsarın fırlanma sürətini məhdudlaşdıran enerjini götürən cazibə dalğalarının şüalanmasıdır.

Kosmosun cazibə mayakları

Yerüstü mənbələrdən gələn qravitasiya radiasiyası son dərəcə zəifdir. Üfüqi müstəvidə mərkəzdən asılmış və şaquli ox ətrafında 600 rpm-ə qədər fırlanan 10.000 ton ağırlığında bir polad sütun təxminən 10 -24 Vt güc yayır. Buna görə də, qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün yeganə ümid qravitasiya şüalanmasının kosmik mənbəyini tapmaqdır.

Bu baxımdan yaxın qoşa ulduzlar çox ümidvericidir. Səbəb sadədir: belə bir sistemin cazibə radiasiyasının gücü onun diametrinin beşinci gücünə tərs mütənasib olaraq artır. Ulduzların trayektoriyaları çox uzansa, daha yaxşı olar, çünki bu, dördqütblü momentin dəyişmə sürətini artırır. İkili sistemin neytron ulduzlarından və ya qara dəliklərdən ibarət olması olduqca yaxşıdır. Belə sistemlər kosmosdakı qravitasiya mayaklarına bənzəyir - onların şüalanması dövri olur.

Kosmosda qısa, lakin çox güclü qravitasiya partlayışları yaradan “nəbz” mənbələri də var. Bu, supernova partlayışından əvvəl nəhəng bir ulduz çökdüyü zaman baş verir. Lakin ulduzun deformasiyası asimmetrik olmalıdır, əks halda şüalanma baş verməyəcək. Dağılma zamanı qravitasiya dalğaları ulduzun ümumi enerjisinin 10%-ə qədərini apara bilər! Bu vəziyyətdə cazibə radiasiyasının gücü təxminən 10 50 Vt təşkil edir. Neytron ulduzlarının birləşməsi zamanı daha çox enerji ayrılır, burada pik güc 10 52 Vt-a çatır. Mükəmməl şüalanma mənbəyi qara dəliklərin toqquşmasıdır: onların kütlələri neytron ulduzlarının kütlələrini milyardlarla dəfə üstələyə bilər.

Qravitasiya dalğalarının başqa bir mənbəyi kosmoloji inflyasiyadır. Böyük Partlayışdan dərhal sonra Kainat son dərəcə sürətlə genişlənməyə başladı və 10 -34 saniyədən az müddətdə onun diametri 10 -33 sm-dən makroskopik ölçüsünə qədər artdı. Bu proses başlamazdan əvvəl mövcud olan qravitasiya dalğalarını ölçüyəgəlməz dərəcədə gücləndirdi və onların nəsli bu günə qədər davam edir.

Dolayı təsdiqləmələr

Qravitasiya dalğalarının mövcudluğunun ilk sübutu amerikalı radio astronomu Cozef Taylor və onun tələbəsi Rassel Hulsenin işindən gəlir. 1974-cü ildə onlar bir-birinin orbitində fırlanan bir cüt neytron ulduzu (səssiz yoldaşı olan radio-yayan pulsar) kəşf etdilər. Pulsar öz oxu ətrafında stabillə fırlandı bucaq sürəti(həmişə belə olmur) və buna görə də son dərəcə dəqiq saat kimi xidmət edirdi. Bu xüsusiyyət hər iki ulduzun kütlələrini ölçməyə və onların orbital hərəkətinin xarakterini təyin etməyə imkan verdi. Məlum oldu ki, bu ikili sistemin orbital dövrü (təxminən 3 saat 45 dəqiqə) hər il 70 μs azalır. Bu dəyər qravitasiya şüalanması nəticəsində ulduz cütünün enerji itkisini təsvir edən ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin tənliklərinin həlli ilə yaxşı uyğunlaşır (lakin bu ulduzların toqquşması tezliklə, 300 milyon ildən sonra baş verməyəcək). 1993-cü ildə Taylor və Hulse bu kəşfə görə Nobel mükafatına layiq görüldülər.

Qravitasiya dalğası antenaları

Qravitasiya dalğalarını eksperimental olaraq necə aşkar etmək olar? Weber detektor kimi uclarında piezoelektrik sensorlar olan bir metr uzunluğunda möhkəm alüminium silindrlərdən istifadə etdi. Onlar vakuum kamerasında xarici mexaniki təsirlərdən maksimum ehtiyatla təcrid edilmişdir. Weber bu silindrlərdən ikisini Merilend Universitetinin qolf meydançasının altındakı bunkerə, birini isə Arqon Milli Laboratoriyasına quraşdırdı.

Təcrübənin ideyası sadədir. Kosmos qravitasiya dalğalarının təsiri altında sıxılır və uzanır. Bunun sayəsində silindr uzununa istiqamətdə titrəyir, qravitasiya dalğası antenası rolunu oynayır və piezoelektrik kristallar titrəmələri elektrik siqnallarına çevirir. Kosmik qravitasiya dalğalarının hər hansı bir keçidi demək olar ki, eyni vaxtda min kilometrlərlə ayrılmış detektorlara təsir göstərir ki, bu da müxtəlif növ səs-küydən qravitasiya impulslarını süzgəcdən keçirməyə imkan verir.

Veberin sensorları silindrin uclarının onun uzunluğunun yalnız 10 -15-ə bərabər - bu halda 10 -13 sm-ə bərabər yerdəyişmələrini aşkar edə bildi.Veber məhz belə dalğalanmaları aşkar edə bildi, bunu ilk dəfə 1959-cu ildə bildirdi. səhifələr Fiziki baxış məktubları. Bu nəticələri təkrarlamaq üçün edilən bütün cəhdlər nəticəsiz qaldı. Weberin məlumatları da nəzəriyyə ilə ziddiyyət təşkil edir ki, bu da praktiki olaraq 10-18-dən yuxarı nisbi yerdəyişmələri gözləməyə imkan vermir (və 10-20-dən az olan dəyərlər daha çox ehtimal olunur). Ola bilsin ki, Veber nəticələri statistik şəkildə işləyərkən səhvə yol verib. Qravitasiya radiasiyasını eksperimental olaraq aşkar etmək üçün ilk cəhd uğursuzluqla başa çatdı.

Sonradan qravitasiya dalğası antenaları əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirildi. 1967-ci ildə amerikalı fizik Bill Feyrbank onları maye heliumda soyutmağı təklif etdi. Bu, nəinki termal səs-küyün əksəriyyətindən qurtulmağa imkan verdi, həm də ən dəqiq ultra həssas maqnitometrlər olan SQUID-lərdən (superkeçirici kvant interferometrləri) istifadə imkanlarını açdı. Bu ideyanın həyata keçirilməsi bir çox texniki çətinliklərlə nəticələndi və Feyrbank özü də bunu görmək üçün yaşamadı. 1980-ci illərin əvvəllərində Stenford Universitetinin fizikləri 10-18 həssaslığa malik bir qurğu qurdular, lakin heç bir dalğa aşkar edilmədi. İndi bir sıra ölkələrdə mütləq sıfırdan yalnız onda və yüzdə bir dərəcə temperaturda işləyən qravitasiya dalğalarının ultra-kriogen vibrasiya detektorları mövcuddur. Bu, məsələn, Paduada AURIGA quraşdırılmasıdır. Onun üçün antena alüminium-maqnezium ərintisindən hazırlanmış üç metrlik silindrdir, diametri 60 sm, çəkisi 2,3 tondur.O, 0,1 K-ə qədər soyudulmuş vakuum kamerasında asılır. Onun zərbələri (tezliyi ilə) təxminən 1000 Hz) eyni tezlikdə, lakin daha böyük amplituda titrəyən 1 kq ağırlığında köməkçi rezonatora ötürülür. Bu titrəmələr ölçmə avadanlığı ilə qeydə alınır və kompüter vasitəsilə təhlil edilir. AURIGA kompleksinin həssaslığı təxminən 10 -20 -10 -21-dir.

İnterferometrlər

Qravitasiya dalğalarını aşkar etməyin başqa bir üsulu, işıq şüalarının xeyrinə kütləvi rezonatorların tərk edilməsinə əsaslanır. İlk dəfə 1962-ci ildə sovet fizikləri Mixail Herzenstein və Vladislav Pustovoit, iki il sonra isə Veber tərəfindən təklif edilmişdir. 1970-ci illərin əvvəllərində korporasiyanın tədqiqat laboratoriyasının əməkdaşı Hughes təyyarəsi Robert Forvard (keçmiş Weber aspirantı, daha sonra çox məşhur elmi fantastika yazıçısı) kifayət qədər layiqli həssaslıqla ilk belə detektoru qurdu. Eyni zamanda Massaçusets Texnologiya İnstitutunun (MIT) professoru Rainer Weiss çox dərin nəzəri təhlil qravitasiya dalğalarının optik üsullarla qeydə alınması imkanları.

Bu üsullar 125 il əvvəl fizik Albert Mişelsonun işığın sürətinin bütün istiqamətlərdə ciddi şəkildə eyni olduğunu sübut etdiyi cihazın analoqlarından istifadəni nəzərdə tutur. Bu quraşdırmada, bir Michelson interferometri, bir işıq şüası şəffaf bir lövhəyə dəyir və boşqabdan eyni məsafədə yerləşən güzgülərdən əks olunan iki qarşılıqlı perpendikulyar şüaya bölünür. Sonra şüalar yenidən birləşir və ekrana düşür, burada müdaxilə nümunəsi görünür (açıq və qaranlıq zolaqlar və xətlər). İşığın sürəti onun istiqamətindən asılıdırsa, onda bütün quraşdırma fırlananda bu şəkil dəyişməlidir, əgər yoxsa, əvvəlki kimi qalmalıdır.

Qravitasiya dalğasının müdaxilə detektoru oxşar şəkildə işləyir. Keçən dalğa məkanı deformasiya edir və interferometrin hər qolunun uzunluğunu dəyişir (işığın bölücüdən güzgüyə keçdiyi yol), bir qolu uzadıb digərini sıxır. Müdaxilə nümunəsi dəyişir və bu qeydə alına bilər. Ancaq bu asan deyil: əgər interferometrin qollarının uzunluğunda gözlənilən nisbi dəyişiklik 10-20 olarsa, o zaman cihazın masa üstü ölçüsü ilə (Mişelson kimi) 10-a qədər amplituda olan salınımlara səbəb olur. 18 sm Müqayisə üçün: görünən işıq dalğaları 10 trilyon dəfə uzundur! Çiyinlərin uzunluğunu bir neçə kilometrə qədər artıra bilərsiniz, lakin problemlər hələ də qalacaq. Lazer işıq mənbəyi həm güclü, həm də tezliyə görə sabit olmalıdır, güzgülər mükəmməl düz və mükəmməl əks etdirici olmalıdır, işığın keçdiyi borulardakı vakuum mümkün qədər dərin olmalıdır və bütün sistemin mexaniki sabitləşməsi təmin edilməlidir. həqiqətən mükəmməl. Bir sözlə, qravitasiya dalğası müdaxiləsi detektoru bahalı və həcmli bir cihazdır.

Bu gün bu cür ən böyük quraşdırma Amerika LIGO kompleksidir (İşıq İnterferometri Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası). O, biri ABŞ-ın Sakit okean sahillərində, digəri isə Meksika körfəzinin yaxınlığında yerləşən iki rəsədxanadan ibarətdir. Ölçmələr dörd kilometr uzunluğunda qolları olan üç interferometrdən (ikisi Vaşinqton ştatında, biri Luizianada) istifadə edilir. Quraşdırma onun həssaslığını artıran güzgü işıq akkumulyatorları ilə təchiz edilmişdir. Sirakuza Universitetinin fizika professoru, LIGO kompleksinin nümayəndəsi Peter Solson Popular Mechanics-ə deyib: "2005-ci ilin noyabr ayından bəri hər üç interferometrimiz normal işləyir". - Ən güclü fövqəlnova partlayışları və neytron ulduzların və qara dəliklərin birləşməsi zamanı yaranan onlarla və yüzlərlə hers tezlikli qravitasiya dalğalarını aşkar etməyə çalışan digər rəsədxanalarla daim məlumat mübadiləsi aparırıq. Hazırda Hannoverdən 25 km məsafədə yerləşən Alman GEO 600 interferometri (qol uzunluğu - 600 m) fəaliyyət göstərir. 300 metrlik Yapon TAMA aləti hazırda təkmilləşdirilir. Piza yaxınlığındakı üç kilometrlik Qız detektoru 2007-ci ilin əvvəlində bu səylərə qoşulacaq və 50 Hz-dən aşağı tezliklərdə LIGO-nu keçə biləcək. Ultrakriogen rezonatorları olan qurğular artan effektivliklə işləyir, baxmayaraq ki, onların həssaslığı hələ də bizdən bir qədər azdır”.

Perspektivlər

Qravitasiya dalğasının aşkarlanması üsullarını yaxın gələcəkdə nə gözləyir? Bu barədə professor Rainer Weiss Popular Mechanics-ə bildirib: “Bir neçə ildən sonra LIGO kompleksinin rəsədxanalarında daha güclü lazerlər və daha təkmil detektorlar quraşdırılacaq ki, bu da həssaslığın 15 dəfə artmasına səbəb olacaq. İndi 10 -21 (təxminən 100 Hz tezliklərdə), modernləşdirmədən sonra isə 10 -22-ni keçəcək. Təkmilləşdirilmiş kompleks, Advanced LIGO, kosmosa daxil olma dərinliyini 15 dəfə artıracaq. Bu layihədə qravitasiya dalğalarının tədqiqində qabaqcıllardan biri olan Moskva Dövlət Universitetinin professoru Vladimir Braqinski fəal iştirak edir.

LISA kosmik interferometrinin buraxılışı növbəti onilliyin ortalarına planlaşdırılır ( Lazer interferometr kosmos antenası) 5 milyon kilometr qol uzunluğu ilə NASA və Avropa Kosmik Agentliyinin birgə layihəsidir. Bu rəsədxananın həssaslığı yerüstü cihazların imkanlarından yüz dəfələrlə yüksək olacaq. O, ilk növbədə atmosfer və seysmik müdaxilələr nəticəsində Yer səthində aşkar edilə bilməyən aşağı tezlikli (10 -4 -10 -1 Hz) qravitasiya dalğalarının axtarışı üçün nəzərdə tutulub. Belə dalğalar Kosmosun olduqca tipik sakinləri olan qoşa ulduz sistemləri tərəfindən yayılır. LISA həmçinin adi ulduzların qara dəliklər tərəfindən udulması zamanı yaranan qravitasiya dalğalarını aşkar edə biləcək. Lakin Böyük Partlayışdan sonrakı ilk anlarda maddənin vəziyyəti haqqında məlumat daşıyan relikt qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün çox güman ki, daha təkmil kosmik alətlər tələb olunacaq. Belə bir quraşdırma Böyük Partlayış Müşahidəçisi, hazırda müzakirə olunur, lakin onun 30-40 ildən tez yaradılıb işə salınması ehtimalı azdır”.