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 Córdova). — Сегоня 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.
Автор: Анатолий Ализар
