#гравитационные волны

Спустя менее миллиарда лет после Большого взрыва сверхмассивные черные дыры разрушали звезды значительно чаще, чем сегодня. Новая компьютерная модель показала, что 12-13 миллиардов лет назад частота таких катастрофических событий была в десятки-сотни раз выше современной, а следы «поедания» светил можно искать в ярких вспышках и гравитационных волнах.

Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.  

Событие GW200208 222617, зарегистрированное гравитационными обсерваториями Земли несколько лет назад, стало первым относительно уверенным кандидатом в слияние черных дыр с вытянутыми орбитами. Астрономы выяснили, на что этот признак указывает: слияние, с высокой вероятностью, произошло в довольно плотном скоплении. Ранее скопления с большим числом черных дыр предложили на роль темной материи.

До сих пор совместные наблюдения гравитационно-волновых обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA показывали только 90 кандидатов в слияния, порождающие гравиволны. Новый каталог более чем удвоил число этих объектов и породил серьезные астрофизические вопросы.

Гравитационный телескоп LIGO совместно с детекторами Virgo и Kamioka зарегистрировал волны от слияния самой массивной пары черных дыр изо всех, с которым пока сталкивалась гравитационно-волновая астрономия. Слившиеся ЧД имели слишком высокую массу, чтобы возникнуть в результате нормальной звездной эволюции, при этим еще и вращалась почти на пределе теоретически возможного.

Гравитационные волны, порожденные слиянием двух черных дыр, не ограничиваются простыми колебаниями. К такому выводу ученые пришли, расшифровав предсказанный Эйнштейном специфический «звон» новорожденных космических «монстров».

Сегодня во Вселенной известны всего два типа черных дыр: звездной массы (от нескольких до десятков, реже — сотен солнечных масс) и сверхмассивные (от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца). Но поскольку Общая теория относительности допускает существование черных дыр практически любой массы, ученые продолжают поиски «промежуточных» объектов. Недавно, проанализировав данные 11 гравитационно-волновых событий, астрофизики сообщили об обнаружении пяти кандидатов в такие черные дыры.

Определение источника гравитационных волн — непростая задача, ведь «рябь пространства — времени» может дойти до Земли из любой точки космоса. Чем быстрее найдется событие, тем лучше удастся его изучить. Раньше на это уходили часы, а новый алгоритм на основе машинного обучения может обнаружить цель за одну секунду.

Астрофизики предложили заглянуть в недра нейтронных звезд, фиксируя колебания гравитационных волн, возникающих непосредственно в момент слияния. Раскрыть важнейшую информацию о ядерных процессах внутри светил можно, поймав особый «чистый» сигнал.

Открытие гравитационных волн в сентябре 2015 года позволило напрямую изучать самые экстремальные явления во Вселенной. Но можно ли использовать эту «рябь» пространства-времени в качестве средства связи? Чтобы ответить на этот вопрос, авторы нового исследования обозначили основные теоретические и технические проблемы.

Проанализировав 47 столкновений черных дыр, зафиксированных с помощью детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo, и изучив направление движения гравитационных волн, авторы нового исследования проверили гипотезу «зеркальной» симметрии Вселенной. Согласно ей физические законы не меняются, если «поменять местами» лево и право, то есть отразить систему в зеркале.

Взрывы и слияния звезд в космосе не только порождают яркое излучение: от них «содрогается» сама пространственно-временная структура космоса. Такой эффект создает гравитация объектов, переживающих драматические события. Этот феномен получил название «гравитационные волны». Некоторые из них не утихают никогда и таким образом сохраняют память о бесчисленном множестве «умерших» звезд по всей Вселенной. Правда, эту память нелегко распознать, но астрономы все-таки нашли способ.

В физике элементарных частиц нерешенных проблем едва ли не больше, чем решенных, несмотря на технологический прогресс. Две главные из них — темная материя (пожалуй, главная космическая загадка современности) и нейтринные осцилляции, за которые дали Нобелевскую премию в 2015 году. Как наука продвинулась в понимании этих явлений? На какие эксперименты ближайшего будущего теоретики возлагают наибольшие надежды? На эти вопросы отвечает Дмитрий Горбунов, профессор кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ и главный научный сотрудник отдела теоретической физики ИЯИ РАН.

Астрофизики подозревают, что «темное вещество» может состоять из особых сверхлегких частиц, и есть шанс их обнаружить во время наблюдений сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.

Команда исследователей Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) в США разработала систему сжатия света для повышения чувствительности обнаружения гравитационных волн.

Участники мероприятия узнают, что открытие гравитационных волн может означать для развития фундаментальной физики.

За последнее десятилетие нейтронные звезды и их слияния стали для физиков главной «лабораторией» для изучения взаимодействий в плотной кварковой материи. Ученые довольно далеко продвинулись в понимании процессов внутри самих нейтронных звезд. Но что происходит с материей, когда такие звезды сливаются? Ученые нашли способ это смоделировать.

Авторы проекта Audio Universe решили, что гравитационные волны (пульсации ткани пространства-времени, возникающие в результате движения массивных объектов, например слияниях черных дыр) идеально подходят для сонификации, то есть преобразования данных в звук.

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

Полвека назад советский физик-теоретик придумал способ улавливать гравитационные волны высоких частот, недоступные даже современным детекторам. Эти неуловимые волны многое рассказали бы о Вселенной. Naked Science выяснил, можно ли превратить блестящую теорию в головокружительную практику.