П’ять головних наукових відкриттів, які є наслідком успішного “полювання” на гравітаційні хвилі

Буквально на днях ми розповідали про те, що датчики гравітаційної обсерваторії LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) зареєстрували п’ятий пакет гравітаційних хвиль, джерелом яких є зіткнення двох нейтронних зірок.

Все це, безсумнівно, дуже цікаво, але більшості людей абсолютно незрозумілий цей гучний галас навколо гравітаційних хвиль, за які в цьому році була навіть присуджена Нобелівська премія з фізики. І нижче ми познайомимо наших читачів з п’ятьма найголовнішими науковими відкриттями, які є прямим наслідком успішного “полювання” на гравітаційні хвилі.

Все, що оточує нас постійно “деформується”
У 1916 році Альберт Ейнштейн передбачив, що масивні об’єкти, що рухаються, такі, як чорні діри або нейтронні зірки, є джерелами деформацій просторово-часового континууму. Ці деформації, що поширюються в вигляді гравітаційних хвиль, змушують деформуватися все, через що вони проходять, включаючи Землю і навіть наші з вами тіла, що було підтверджено обсерваторією LIGO в 2015 році. На щастя для нас такі деформації мають дуже малу амплітуду, тому ми їх навіть і не помічаємо, але якби джерело гравітаційних хвиль розташовувався у відносній близькості від Землі, то його вплив виявлялося б сильніше і, ймовірно, внесло б деякі корективи в наше життя і в навколишній світ.

Підтвердження існування чорних дір
У тому, що чорні діри існують насправді, вчені були впевнені вже досить давно, протягом декількох десятиліть мінімум. Однак, до останнього часу, всі дані і знання про чорні діри були отримані лише непрямими методами і більшість з них мали альтернативні варіанти пояснень. Лише експерименту LIGO вдалося вперше довести факт існування чорних дір, як і те, що вони можуть обертатися навколо одна одної, стикатися і зливатися в одну чорну діру великих розмірів.

Вирішення загадки походження важких хімічних елементів
Відомо, що в момент Великого Вибуху у Всесвіті утворилися лише найлегші з хімічних елементів, водень і невелика кількість гелію. Більш важкі, ніж водень, але більш легкі, ніж цирконій, елементи формуються в достатніх кількостях всередині зірок і в моменти вибухів наднових. І до останнього часу формування ще більш важких елементів так і залишалося для вчених таємницею за сімома печатками. Однак, після того як датчики LIGO зареєстрували гравітаційні хвилі від зіткнення нейтронних зірок, інші астрономічні інструменти побачили в утворенній після вибуху хмарі чіткі слідт золота, платини та інших важких елементів. За попередніми оцінками в результаті зареєстрованого зіткнення нейтронних зірок одного тільки золота утворилося в кількості, яка в 10 разів перевищує масу Землі.

Вивчення зіткнень нейтронних зірок і особливостей короткочасних спалахів гамма-променів

Коли в надрах галактики NGC 4993 зіткнулися дві нейтронні зірки, першим проявом цієї події став найсильніший спалах гамма-випромінювання, зареєстрований датчиками телескопа Fermi лише через кілька секунд після реєстрації датчиками LIGO гравітаційних хвиль. Подібні спалахи не раз реєструвалися протягом останнього десятиліття, вчені підозрювали, що вони породжуються зіткненнями нейтронних зірок, але до останнього часу ніхто не міг підтвердити цього припущення. Крім цього, зіткнення нейтронних зірок GW170817 стало першим подібним випадком в історії, який спостерігався і досліджений практично в режимі реального часу через кілька секунд після його звершення.

Підтвердження деяких моделей, що описують “роботу” Всесвіту
Переважна більшість всього, що було отримано експериментально в результаті реєстрації гравітаційних хвиль, було передбачене раніше і вивчено за допомогою математичного моделювання. Вчені вже знали про особливості і відмінності гравітаційних хвиль, породжуваних зіткненнями чорних дір або нейтронних зірок, були впевнені в існуванні чорних дір і навіть в тому, що в ході зіткнень нейтронних зірок утворюються важкі хімічні елементи. Крім підтвердження всіх цих та маси інших фактів, реєстрація гравітаційних хвиль дозволила ще раз виміряти швидкість розширення Всесвіту, а отримані значення досить добре збіглися з вимірами і теоретичними обчисленнями, проведеними іншими способами.

З огляду на все сказане вище, можна так сказати, що реєстрація та відкриття гравітаційних хвиль не принесли нам великих несподіванок. Але це тільки поки, і нікому ще не відомо, до чого може привести подальше вивчення цього космічного явища.