Нижегородские ученые помогли доказать существование гравитационных волн

Фото: Анастасия Макарычева/РБК

Сотрудники Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) вошли в группу ученых LSC, доказавших существование гравитационных волн опытным путем, сообщается на сайте ИПФ РАН.

Наличие гравитационных волн в общей теории относительности предсказал в 1915 году Альберт Эйнштейн. За сто лет человечеством были получены косвенные подтверждения, но прямых экспериментов, которые позволили бы зарегистрировать гравитационные волны, не было, говорит заместитель директора ИПФ РАН Ефим Хазанов.

"Во-первых, эти волны очень слабые, поскольку столкновения звезд происходят далеко, до нас доходит только слабый сигнал. И второе – их очень трудно измерить, потому что фактически гравитационная волна – это изменение самого пространства, и поэтому любая материальная "линейка" будет изменять свою длину вместе с пространством. Она не покажет, что пространство изменилось, потому что сама прогнется или удлинится", - сообщил РБК-Нижний Новгород Хазанов.

Научный эксперимент удалось провести с помощью света и лазеров. "Это уникальное открытие, которое как минимум соизмеримо с открытием Бозона Хиггса с точки зрения фундаментальных знаний человека о природе", - пояснил заместитель директора ИПФ РАН.

Гравитационные волны несут информацию об их внезапном происхождении и о природе гравитации, которые не могут быть получены иным путем.

"Это новый способ "смотреть" в космос, потому что всё, что мы знаем о звездах и об устройстве вселенной, – это информация, которая приходит к нам с электромагнитными волнами. А гравитационные волны – это волны совершенно другой природы, поэтому они позволяют увидеть те события, которые происходят, и понять их природу, что совершенно невозможно узнать другим способом", - рассказал Хазанов.

Физики пришли к выводу, что обнаруженные гравитационные волны были созданы в последнюю долю секунды слияния двух черных дыр, чтобы произвести одну, более массивную, вращающуюся черную дыру. Это столкновение двух черных дыр было предсказано, но никогда не наблюдалось.

"Гравитационные волны были обнаружены 14 сентября 2015 года в 5:51 утра по восточному поясному времени (9:51 всеобщего скоординированного времени) обоими детекторами LIGO, расположенными в городе Ливингстон, штат Луизиана, и в Ханфорде, штат Вашингтон, США. Обсерватории LIGO финансируются Национальным научным фондом и были задуманы, построены и управляются Калифорнийским технологическим институтом и Массачусетским технологическим институтом", - сообщается в пресс-релизе.

По оценкам ученых, черные дыры для этого события были в 29 и 36 раз больше массы Солнца, а событие состоялось 1,3 млрд лет назад. Масса примерно в три раза большая массы Солнца преобразовалась в гравитационные волны в долю секунды, с максимальной выходной мощностью, примерно в 50 раз превышающей мощность всей видимой Вселенной. Судя по моменту прихода сигналов – детектор в Ливингстоне записал событие на 7 мс раньше, чем детектор в Хэнфорде – ученые могут сказать, что источник был расположен в южном полушарии.

В каждой обсерватории L-образный LIGO интерферометр длиной 4 км использует лазерный свет, разделенный на два пучка, которые проходят взад и вперед по плечам (трубам диаметром четыре фута с почти полным вакуумом). Пучки используются для контроля расстояния между зеркалами, расположенными точно на концах плеч. Согласно теории Эйнштейна, при прохождении гравитационной волны через детектор расстояние между зеркалами изменится на чрезвычайно малую величину. Может быть обнаружено изменение длины плеч меньше, чем на одну десятитысячную диаметра протона (10-19 метра).

По словам Хазанова, Институт прикладной физики РАН вступил в коллаборацию LSC в 1997 году, за это время более 20 сотрудников поучаствовало в работах непосредственно в США, часть работ велась в Нижнем Новгороде.

Наиболее значимым вкладом нижегородских физиков является изобретение уникальных оптических изоляторов, работающих при большой мощности лазерного излучения. Сотрудники ИПФ РАН не только разработали и изготовили эти изоляторы, но и установили их на детекторы LIGO и Virgo. Без этих изоляторов работа детекторов гравитационных волн была бы невозможна.

"Мы сделали уникальные элементы, которые стоят в двух интерферометрах. Это относительно небольшой кусок огромной машины, но наш вклад в данное исследование. Оптические изоляторы нашли применение не только в этом проекте, но и в огромном количестве лазеров, не связанных с гравитационными волнами и вообще с наукой", - отметил Хазанов.

В настоящее время в ИПФ РАН ведутся работы по созданию лазера для LIGO детектора гравитационных волн следующего поколения.