LIGO Обсерватория в Ливингстоне : где находится и что посмотреть рядом

LIGO Обсерватория в Ливингстоне 

Крупнейшее в мире высокоточное оптическое оборудование, использовавшееся для обнаружения неуловимых эйнштейновских гравитационных волн

В 1916 году была опубликована общая теория относительности Эйнштейна. Помимо необычного изображения Вселенной, предложенного знаменитым физиком, в ней также приводились утверждения об эквивалентности массы и энергии и о том, что гравитация была всего лишь деформацией пространственно-временной материи. С тех пор было проведено много успешных экспериментов, доказывающих правдивость теории Эйнштейна. Однако почти 100 лет учёным никак не удавалось доказать самое неясное предсказание общей теории относительности: гравитационные волны. До этого момента.

В 2016 году, сто лет спустя после предположения Эйнштейна, Обсерватория LIGO в Луизиане и её сестра в Хэнфорде, штат Вашингтон, наконец доказали существование гравитационных волн.

LIGO означает «Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория». Первая часть названия относится к оборудованию, используемому на территории, а вторая - к феномену, который учёные стремятся зафиксировать. Гравитационные волны аналогичны более знакомым нам волнам, окружающим нас в повседневной жизни: морским волнам или электромагнитным волнам (больше известным как «свет»). Однако их источником являются возмущения гравитационного поля.

Пространство-время часто сравнивают с материей, которая искажается под действием массы таких объектов как галактики, звёзды или планеты. При вращении массивного объекта изменяется и гравитационное поле вокруг него. В результате, искривления в пространстве-времени расходятся от объекта, формируя «гравитационные волны», похожие на рябь, создаваемую камнем, который кинули в тихий пруд.

Большую часть времени эти волны слишком слабы, чтобы их можно было уловить с помощью современных технологий. По этой причине гравитационные волны было невероятно трудно зафиксировать напрямую. Время от времени, однако, масштабные астрономические события, как столкновение звёзд или чёрных дыр, провоцируют такие сильные возмущения, что их становится возможным уловить на Земле. Как раз такой случай, а именно, столкновение двух чёрных дыр больше миллиарда лет назад, произвёл волны, которые были зафиксированы в 2016 году.

Для измерения результатов неуловимых гравитационных возмущений от далёких источников LIGO обсерватория оборудована инструментом невероятного размера, точности и устойчивости: матерью всех интерферометров. В случае LIGO, интерферометр - это механизм, используемый для точного измерения времени, которое требуется свету для преодоления каждого плеча сооружения в виде буквы L. Каждое ответвление достигает невероятных 4 км в длину и оснащено подвешенными на концах зеркалами. Лазерный луч попадает на механизм из угла L и расщепляется на два световых пучка, каждый из которых затем скачет вперёд-назад в соответствующем плече.

Если длина одного плеча интерферометра даже слегка отличается от длины другого, то на их стыке, в который в конечном итоге возвращаются пучки, складывается характерная «интерференционная картина». Теперь, согласно теории Эйнштейна, одно из двух перпендикулярных плеч сократится в длине, а другое расширится при прохождении гравитационной волны через интерферометр. Следовательно, учёные из LIGO используют детектор на углу «L» для фиксации интерференции, производимой двумя пучками, и просто ждут, когда гравитационная волна пройдёт мимо. Именно это наконец произошло в 2016 году.

Это может показаться достаточно простым, но эффект, который LIGO надеется измерить, настолько незначителен, что требует использования невероятных инженерных расчётов. В присутствии гравитационной волны длина плеча интерферометра изменится всего лишь на 1/100000000 диаметра атома водорода. Это означает необходимость изолировать механизм от любого другого воздействия, включая сейсмические волны и даже молекулы газа в воздухе. А поскольку лазерному пучку нужно пройти по максимально прямой траектории, одна из крупнейших в мире насосных систем введена в действие для снижения давления воздуха до 1/100000000 от значения на поверхности Земли и минимизации вероятности рассеивания света о блуждающие молекулы. Конечная система настолько чувствительна, что способна зафиксировать даже хаотичные движения атомов внутри самих зеркал.

Даже после принятия таких строжайших предупредительных мер риск получения ошибочного сигнала всё ещё велик. Для отсеивания ошибок идентичный LIGO детектор был построен рядом с Ричлендом, штат Вашингтон. Вторая площадка, известная как LIGO обсерватория в Хэнфорде, работает с ливингстонской обсерваторией в унисон. В 2016 году обе зафиксировали один и тот же сигнал в одно и то же время, вполне определённо давая учёным понять о том, что были зафиксированы гравитационные волны, проходившие через Землю.

И если Джозеф и Рассел Халс были первыми, кто косвенно зафиксировал гравитационные волны в 1974 году, то учёным в LIGO пришлось подождать для получения подлинного сигнала. Теперь, когда волны были зафиксированы, физике и астрономии наконец отдали должное! Исследователи из LIGO надеются не только проверить предсказания общей теории относительности (например, предположение о гравитационных волнах, путешествующих со скоростью света), но и выяснить природу множества других необычных астрономических явлений.

Где остановиться

Может быть интересно