100 років тому альберт ейнштейн вперше припустив, що на просторах всесвіту існує так звана брижі – брижі простору-часу або гравітаційні хвилі. Сам фізик, правда, сумнівався що їх коли-небудь вдасться виявити. Однак в 1960-х роках вчені стали всерйоз працювати над пошуком гравітаційних хвиль, так як крім повільного розширення всесвіту, в просторі-часі повинні відбуватися більш швидкі динамічні процеси. І вони не помилилися – 14 квітня 2015 року за допомогою детекторів гравітаційних хвиль ligo і virgo вченим вловити ту саму брижі простору-часу. Джерелом хвиль, які вдалося зафіксувати, стало зіткнення двох чорних дір, що злилися в одну 1,3 млрд років тому. Хвилі вловили обидві обсерваторії, які брали участь у дослідженні. Вони оснащені суперчутливими детекторами, найточнішими з коли-небудь створених. Тепер же новий детектор гравітаційних хвиль зареєстрував два таємничих сигналу за перші 153 дні своєї роботи. Ось тільки неясно, що саме являють собою ці сигнали, так як можуть бути викликані цілим рядом явищ. Одне з таких явищ – саме те, для чого призначений детектор-високочастотні гравітаційні хвилі, які ніколи раніше не реєструвалися.
Таємничі сигнали, вловлюються новим детектором гравітаційних хвиль породжує безліч питань
Брижі простору-часу
Нове відкриття, результати якого опубліковані в науковому журналі physical review letters, як пишуть автори, показало, що «новий детектор чутливий і дає точні результати, але тепер ми повинні точно визначити, що вони означають», – сказав фізик майкл тобар з університету західної австралії.
Нагадаємо, що новаторське виявлення гравітаційних хвиль відбулося всього шість років тому. З тих пір детектори ligo і virgo показали, що всесвіт наповнений раніше прихованими гравітаційними хвилями , що виникають в результаті зіткнень між чорними дірами і нейтронними зірками. Ці детектори величезні, а високочастотні гравітаційні хвилі набагато складніше виявити, але їх безумовно варто досліджувати.
Виявити гравітаційні хвилі вдалося за допомогою детекторів ligo і virgo
Довжина хвилі гравітаційних хвиль пропорційна розміру всесвіту; ті, що виникають пізніше, більше, тому коротші високочастотні хвилі могли б розкрити інформацію про великий вибух і всесвіту на початку часів.
Джерела високочастотних гравітаційних хвиль в більш недавньому минулому могли включати гіпотетичні об’єкти, такі як бозонні зірки і первинні чорні діри. Ці хвилі можуть навіть створюватися хмарами темної матерії. Тому астрономи будуть глибоко зацікавлені у виявленні цих сигналів.
Настільний детектор гравітаційних хвиль
Новаторський детектор, призначений для відстеження високочастотних гравітаційних хвиль, був створений дослідниками з центру передового досвіду arc з фізики частинок темної матерії (cdm) та університету західної австралії.
За перші 153 дні його роботи були виявлені дві події, які в принципі могли бути високочастотними гравітаційними хвилями, які раніше не реєструвалися вченими. Такі високочастотні гравітаційні хвилі могли бути створені первинною чорною дірою або хмарою частинок темної матерії.
Настільний детектор гравітаційних хвиль. Фото: університет західної австралії
Як і спочатку припустив альберт ейнштейн, рух астрономічних об’єктів може викликати хвилі викривлення простору-часу , які будуть поширюватися по всесвіту, майже як хвилі, яку утворюються, коли кидаєш камінчики в ставок. Дослідники вважають, що низькочастотні гравітаційні хвилі викликаються двома чорними дірами, що обертаються і зливаються один з одним, або зіркою, що зникає в чорній дірі.
З тих пір почалася нова ера досліджень гравітаційних хвиль, але нинішнє покоління активних детекторів має високу чутливість тільки до низькочастотних сигналів; виявлення високочастотних гравітаційних хвиль залишається невивченим і надзвичайно складним напрямком в астрономії.
Незважаючи на те, що найбільша увага приділяється низькочастотним гравітаційним хвилям, існує значна кількість теоретичних пропозицій для високочастотних джерел гравітаційних хвиль, а також, наприклад, первинних чорних дір. Як пише портал scitechdaily, детектор, розроблений дослідницькою групою для уловлювання високочастотних гравітаційних хвиль, побудований на основі кварцового резонатора об’ємних акустичних хвиль (baw).
Як влаштований новий детектор високочастотних гравітаційних хвиль
В основі цього пристрою лежить диск з кварцового кристала, який може вібрувати на високих частотах через акустичних хвиль, що проходять через його товщину. Ці хвилі потім індукують електричний заряд по всьому пристрою, який можна виявити, розмістивши провідні пластини на зовнішніх поверхнях кварцового диска.
Потім пристрій baw був підключений до надпровідного квантового інтерференційного пристрою під назвою squid, який діє як надзвичайно чутливий підсилювач для сигналу низької напруги від кварцового baw. Ця збірка була поміщена в кілька радіаційних екранів для захисту від розсіяних електромагнітних полів і охолоджена до низької температури, щоб за допомогою підсилювача squid можна було реєструвати акустичні коливання кварцового кристала з низькою енергією у вигляді великих напруг.
Гравітаційні хвилі дозволяють по-іншому поглянути на нашу всесвіт
Весь детектор, крім іншого, поміщений у вакуумну камеру, захищену від випромінювання, щоб запобігти якомога більше перешкод. За допомогою цієї установки команда провела два прогони спостережень і зробила виявлення під час кожного прогону – перший 12 травня 2019 року, а другий 27 листопада 2019 року. Команда, до складу якої входили доктор максим горячев, професор майкл тобар, вільям кемпбелл, ік сіонг хенг, серж галліу та професор євген іванов, тепер буде працювати над визначенням природи сигналу, що потенційно підтверджує виявлення високочастотних гравітаційних хвиль.
Щоб завжди бути в курсі останніх новин зі світу науки і високих технологій, підписуйтесь на наш канал на платформі пульс від mail.ru! так ви точно не пропустите нічого цікавого!
Високочастотні гравітаційні хвилі та інші відкриття
Автори нового дослідження відзначають, що високочастотні гравітаційні хвилі – одні з можливих виявлених кандидатів, але іншими поясненнями може бути як присутність заряджених частинок або накопичення механічної напруги, так і метеоритна подія або внутрішній атомний процес. Більш того, авторам наукової роботи вперше вдалося продемонструвати, що подібні пристрої можуть бути використані в якості високочутливих детекторів гравітаційних хвиль.
Зіткнення чорних дір породжує гравітаційні хвилі
У світі зараз проводиться всього два експерименти, які займаються пошуком високочастотних гравітаційних хвиль на цих частотах, і у нас є плани розширити охоплення до ще більш високих частот, де раніше не проводилося ніяких інших експериментів і досліджень, – повідомляють фізики.
Цікаво, що наступне покоління експерименту буде включати в себе створення клону детектора і детектора мюонів, чутливого до цих космічних частинок. Детальніше про те, що таке мюон і як їх виявляли, я розповідала в цій статті
