Сенсация от астрофизиков

В настоящее время все с нетерпением ждут объявления о каком-то значимом открытии астрофизиков касательно волн гравитации. Дело здесь в том, что уже в следующий понедельник, 16 октября, астрофизиками, применяющими телескопы гравитационного типа «LIGO» и «Virgo», вместе с их коллегами из 70 прочих мировых обсерваторий будет сделано сенсационное объявление о каком-то значимом открытии в области гравитационно-волновой астрономии. Тут говорится о неком новом методе исследования Вселенной. Благодаря данному методу в кратчайшие сроки, а именно с начала работы в 2015 году после обновления установки, предназначенной для детектирования волн гравитации «LIGO», зафиксировали порядка четырёх случаев возмущений, возникших вследствие соединения пар чёрных дыр. Однако, суть открытия учёными пока не раскрывается публично, но мы постараемся поведать о том, что примерно скажут в понедельник.

Астрофизика в последнее время наводит на мысли о начальных страницах книги о знаменитом Гарри Поттере, где днями по городу летают совы, люди, одетые в необычайные одежды, перешёптываются с возбуждённым тоном, однако, никто публично вслух не рассказывает о важных вещах, а «непосвящённым» магглам приходится лишь строить догадки о том, что же происходит в их мире.

Учёный мир пребывает в предвкушении чего-то грандиозного. Когда же объявят о каком-то новом интригующем всех открытии касательно гравитационных волн? Что представляет собой это открытие? Астрономы и физики сохраняют молчание, а обывателям приходится так же строить догадки, как «магглы». А ведь в разных концах планеты почему-то именно в одно и то же время намечается сразу несколько значимых для науки конференций. В Москве таких планируется провести даже две.

И вправду, остаётся лишь догадываться. Но можно предположить, например, что учёные сумели заметить волны гравитации, возникшие вследствие соединения двух звёзд нейтронного типа, расположенных примерно в 130 млн. световых лет от нас. В то же время вспышку заметили не только в данных волнах, но также в оптике и в гамма-диапазоне.

Что же представляют собой волны гравитации?

Любое из тел, имеющих массу и двигающихся с переменным ускорением, способно к созданию волн гравитационного типа, представляющих собой своего рода возмущения пространства и времени. Предсказания об их существовании были зафиксированы ещё в 1916 года. О них заговорил тогда известный всем учёный Альберт Эйнштейн. Как раз его общая теория относительности и описывает, что гравитация является неким взаимодействием четырёхмерного пространства-времени с любыми полями и телами, от «искажений» которого как раз и возникают такие волны.

Хоть и в качестве источника такой волны может выступать любое тело, лишь спустя век после Эйнштейна наука сумела прийти к созданию достаточно чувствительных приборов, предназначенных для измерения волн. Таким образом выяснили, что мощнейшие волны, к примеру, возникшие в результате соединения черных дыр, как раз и способствуют возникновению смещения в сотни раз меньше, чем протонный диаметр.

Гипотетическим квантом таких волн принято называть ныне пока не выявленную частицу, названную гравитоном. Согласно предсказаниям теории, такая частица должна иметь спин 2 и два различных направления поляризации спина. Вначале было несколько концепций, пытающихся описать гравитон. Некоторые из них даже утверждали, что эта частица имеет свою массу. Но совместить квантовую теорию с общей теорией относительности весьма сложно, так что разработка квантовой теории гравитации пока не осуществилась.

В первый раз такие волны были зафиксированы в 2015 году посредством детекторов «LIGO». Ныне же функционируют 3 детектора, 2 из которых находятся в США, а третий — в Италии. Посредством этих устройств уже четыре раза учёные сумели заметить волны гравитационного типа, и всегда в качестве источника их возникновения выступало соединение черных массивных дыр.

Сергей Попов, являющийся астрономом из Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, автором книги о звёздах нейтронного типа «Суперобъекты», согласился поведать о том, что возможно увидеть при наблюдении гравитационных волн, возникших от слияния нейтронных звёзд, и по какой причине учёным не терпится узнать об открытии, о котором планируют объявить в понедельник.

Для каких целей хотят поймать волны гравитационного типа?

Попов высказался об этом, что изучение таких волн даёт много всего понять касательно самой гравитационной силе. Он привёл пример, что им удалось понять, что по скорости распространения они сравнимы со светом, что говорит о несостоятельности теории гравитации с тяжёлыми гравитонами. Он пояснил, что у прочих альтернатив общей теории относительности область параметров будет всё уже и уже.

В итоге, как говорит Попов, знания о гравитационных волнах дадут много интересной информации касательно чёрных дыр, о свойствах областей, находящихся рядом с ними, и гравитационной теории в целом.

Что мы ещё не знаем о чёрных дырах? О чём нам не говорят гравитационные волны?

Попов отметил, что история такой науки, как гравитационная астрономия, только на заре своей деятельности, и он уверяет, что в будущем учёные добьются не одной Нобелевской премии за свои научные заслуги касательно данных о происхождении и природе чёрных дыр и самой гравитационной силе. Он добавил, что здесь говорится именно о премиальных наградах, которых могут быть удостоены люди, осуществляющие работу с гравитационно-волновыми детекторами.

Попов пояснил, что при удачном исходе и при слиянии чёрных дыр на достаточно близком расстоянии от нас, а именно в 500 млн. световых лет, а также при достаточной чувствительности гравитационных телескопов можно будет запечатлеть эффект отражения волны гравитационного типа от горизонта событий чёрной дыры, а по таким отражённым сигналам уже видно будет, какие процессы протекают в зоне у границы, что ныне пока совсем недоступна для наблюдений.

Сергеем было заявлено, что, можно сказать, это как раз и окажется настоящим открытием чёрных дыр, а до этого мы всего лишь приводим косвенные свидетельства их существования, хоть они и весьма убедительны. Здесь же, как заметил астроном, есть возможность доказать существование там горизонта событий.

Согласно Попову, наиболее примечательное здесь явление — это сигнал после соединения чёрных дыр, в момент «дрожания» горизонта новой чёрной дыры и излучения волн гравитации, а именно по этому дрожанию можно будет уже подтверждать, либо же отрицать ту или иную теорию касательно устройства чёрных дыр, а это уже достойно даже Нобелевской премии.

При подтверждении гипотезы о происхождении волн гравитации вследствие соединения нейтронных звёзд что станет известно об этих волнах?

Попов начал свой ответ на этот вопрос со слов о том, что в случае такого происхождения волн даже, не наблюдая это явление через оптику и прочие диапазоны, появится возможность провести высокоточное измерение их массы и радиусов.

Он отметил, что это настолько таинственно для ядерной физики, что можно назвать это «святым Граалем», так как всё ещё неизвестно, как устроены внутри звёзды нейтронного типа и из чего эти тела состоят, ведь на протяжение последних десятков лет теоретиками была создана куча моделей, говорящих о внутреннем строении этих объектов, но каждая из таких моделей лишь внешне согласуется в плане определённых значений массы и радиусов, и лишь 10 процентов отклонений достаточно, чтобы радикальным образом изменить видения о происходящих в этих звёздах процессах.

Учёным было замечено, что эта ситуация сравнима с известной историей о короне и Архимеде, ведь в чём разница, если показатель плотности металла короны будет равняться 19,3 г/см2 или же 17,3? Однако, как добавил он, разница в том, что в первом варианте корона изготовлена из чистого золота, а во втором же — всего лишь из сплава, а царю зависимо от точности измерений можно кому-то отрубать голову.

Таким же образом, как продолжил учёный, астрофизикам и требуется знание о том, из чего же состоит нейтронная звезда: нейтроны и протоны ли там, в её основе, или же гипероны, пионы, кварковые звёзды и многое другое, то есть им необходимо определить требуемую точку на графике, а мы же узнаем о происходящих в звезде процессах на основании того, где будет находиться как раз эта точка.

Так что, как завершил свой ответ на вышеприведённый вопрос астрофизик Попов, это как раз является одной из задач, для которых и создаются коллайдер «NICA» в Дубне и ускоритель «FAIR» в Германии, а это весьма значимо для физики, и если науке удастся измерить слияние нейтронных звёзд гравитационно-волновым методом, то все необходимые результаты учёные получат с требуемой точностью.

Что заметят учёные при добавлении к результатам детекторов ещё и результатов наблюдений в гамма-диапазоне и в оптике?

Здесь учёный высказался, что при одновременном с волнами гравитации видении вспышки в оптике, гамма и рентгене учёные получат интересные данные, способные помочь в исследовательской работе касательно синтезирования тяжёлых элементов во Вселенной. Как он продолжил, прежде думали, что главным источником здесь являются взрывные процессы сверхновых, однако, приблизительно десяток лет назад были получены сведения, которые позволили заявить, что значимо на формирование волн влияют как раз слияния звёзд нейтронного типа, хоть и подобные слияния бывают приблизительно в 1 тыс. раз меньше, нежели взрывы сверхновых.

В процессе слияния таких звёзд эффективность синтезирования тяжёлых ядер намного повышается, так как здесь в дело вступает некий r-процесс, говорит Попов. Также он добавил, что ещё при вспышке сверхновой весьма огромная часть вещества просто-напросто падает обратно, а в случае со звёздами нейтронного типа выброс вещества даёт начало ещё до главных этапов процесса слияния. Учёным сказано, что именно действие гравитационной силы словно «кривит» их, и приблизительно десяток процентов вещества выбрасывается наружу.

Попов пояснил, что килоновые, так называемые транзиенты, выбрасывающиеся в результате процесса соединения звёзд нейтронного типа, и не следует путать их со сверхновыми. Он объяснил, что при этом также наблюдается выброс того или иного количества тяжёлых элементов, распадающихся и подсвечивающих туманность в своём окружении, а килоновые уже были замечены не раз в результате коротких гамма-всплесков.

Сергей объяснил, что это всего лишь модели, а их ведь требуется подтвердить при помощи наблюдений, и, вероятнее всего, эти потоки информации от гаммы, оптики и волн гравитации могут дать возможность более подробного понимания процессов и успешного продвижения модели нуклеосинтеза. Тогда, как он говорит, будет в точности уже известно, откуда во Вселенной возникает золото и прочие тяжёлые металлы.

Весьма существенной проблемой для такой науки, как ядерная физика, как заметил Попов, является предельная масса звезды нейтронного типа, ведь, если выяснить её массу, будет известно, сколько её она может набрать, при этом не коллапсируя чёрную дыру, к примеру, учёные смогут запечатлеть, что был образован некий объект, имеющий массу в 2,2 солнечной массы, а коллапса при этом не случилось, а в другом же случае учёные увидят 2,3 солнечной массы, но при этом коллапс произойдёт, и это в итоге будеть свидетельствовать, что можно проводить границу, что поможет в решении вопроса касательно поведения вещества при большой плотности.

Таким образом, мы в этой статье оповестили о заявлениях, знаниях и мнении астрофизика Сергея Попова касательно возникновения гравитационных волн и всего, что с ними связано. Теперь всё же остаётся ждать, о чём же в понедельник будет заявлено учёными. Этот вопрос заинтриговал почему-то многих других учёных мира. Судя по всему, сделано некое грандиозное открытие, и только 16 октября об этом узнают более подробно обыватели, а не только учёные, которые и сами заинтригованы. Что сказать… Посмотрим, увидим, о чём будет речь. Здесь же мы предварительно решили открыть этот вопрос, опираясь на заявления одного из учёных, так что надеемся, что информация была полезной для любителей почитать большие статьи на космическую тему.