Про гравитационные волны и большое событие в астрофизике

На днях, состоялась пресс-конференция, посвященная удивительному событию в мире астрофизики. Событие было зарегистрировано 7-ю десятками телескопов в инфракрасном, радиоволновом и даже оптическом диапазонах. Но самое главное, что ни разу непощупанный доселе объект, в момент возникновения испустил еще и серию гравитационных волн. Но обо всем по порядку.

Очень близко, всего в каких-то 100 миллионах световых лет, возникла килоновая звезда. Такие объекты были предсказаны в рамках модели слияния двух нейтронных звезд.

Фотография объекта, сделанная телескопом Swope. (источник)

А вот так выглядит визуализация момента слияния под приятную музыку:

Нейтронные звезды – это сверхплотные объекты, радиусом 10 – 20 километров, которые возникают после взрывов сверхновых, в случае, если исходной массы не хватило на полный коллапс до состояния гравитационной сингулярности, то есть черной дыры.

Колоссальную плотность вещества такого объекта очень тяжело представить, она в разы больше чем плотность атомных ядер. Один кубический сантиметр такого вещества имеет массу более 10^9 тонн. Миллиард тонн это очень много, примерно как вес 160 пирамид Хеопса, например.

Дальше представлять еще сложнее. Два шарика с вышеуказанными диаметрами и гигантской плотностью вращаются вокруг центра масс, постепенно падая друг на друга. За счет уменьшения расстояния между такой парой нейтронных звезд, скорость этого вращения возрастает, достигая максимума перед моментом слияния и взрыва. Это событие вызывает искажения пространства-времени, которые и являются гравитационными волнами.

За подробными разъяснениями о том, что же такое гравитационные волны можете сходить в ЖЖ замечательного автора, которого было бы очень здорово заманить на Голос. А я расскажу совсем коротенечко.

В общем штука в том, что физики давно придумали совершенно контринтуитивную модель пространства-времени, в которой все предметы, выпущенные в свободное плавание, движутся по прямой. Дада, спутник, летящий по орбите не притягивается Землей в привычном смысле, а само пространство искривлено наличием массивной Земли таким образом, что при взгляде со стороны траектория его движения замкнута в круговую орбиту.

Лучше всего представить себе это как натянутую ткань, на которую мы кладем блин от штанги. Ткань прогибается, образуя эдакую воронку. И если теперь взять небольшой шарик и запустить его по прямой (sic!), то он покатится по этой воронке, как будто блин его притягивает.

Вот так это выглядит:

Если пойти еще дальше, и начать «потряхивать» массивный объект, искривляющий ткань, то по ткани пойдут волны, как по воде. Проблема в том, что гравитация, по сравнению с остальными фундаментальными взаимодействиями, настолько слабо проявляется, что если сам факт гравитационного взаимодействия легко обнаруживается, то вот сверхмалые изменения этого взаимодействия уже находятся на грани развития современного приборостроения.

Впрочем, суть детектора гравитационных волн достаточна проста, если не вдаваться в детали: прибор позволяет с помощью лазера измерять изменения длины в двух перпендикулярных направлениях и представляет собой две длинных трубы, внутри которых поддерживается высокий вакуум. То есть, когда само пространство меняет свою конфигурацию, прибор фиксирует разницу между длинами этих труб.

Ранее гравитационные волны уже фиксировались (за это даже уже выдана Нобелевская премия ), но объекты были массивней (черные дыры), и находились они несоизмеримо дальше.

Прошлые зарегистрированные детекторами гравитационных волн события были связаны со слияниями гораздо более массивных объектов:

Скриншот презентации European Southern Observatory.

В нижней части картинки отмечены две нейтронные звезды, о которых идет речь. Их суммарная масса составляет «всего» несколько масс Солнца. Достижение такого уровня чувствительности стало возможным благодаря объединению нескольких детекторов, расположенных в разных регионах нашей планеты.

Кроме всего выше сказанного, слияние двух нейтронных звезд приводит к выбросу элементов, таких как технеций, барий, неодим, золото, платина, уран. Оценка количества золота, выброшенного в пространство вокруг взрыва, примерно соответствует массе Луны. И это крайне важное открытие, поскольку ранее не было полной ясности в вопросе происхождения элементов тяжелее железа.

В заключение, можно с уверенностью сказать, что астрономы начинают пользоваться принципиально новым инструментом изучения Вселенной – гравитационными телескопами, и в будущем нас ждут еще более удивительные открытия.

P.S.: Текст изначально написан для замечательного сообщества @vp-cosmos, но оказалось, что это событие уже успели осветить :)

---

Выбрать меня своим космическим делегатом можно на странице голосования. Нужно нажать кнопочку рядом с моим ником.