Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Կաղապար:Տեղեկաքարտ Աստղագիտական իրադարձություն

Գրավիտացիոն ալիքի երկրորդ գրանցված ազդանշանը[2]. SNR — ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցություն, Accumulated SNRp — ինտեգրալ ազդանշան-աղմուկ առավելագույն հարաբերակցությունը հարաբերակցության զտման մեթոդներից մեկից:

Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումն իրականացվել է 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին LIGO-ի և VIRGO-ի համագործակցության կողմից դրանց ուղղակի հայտնաբերմամբ։ Հայտնաբերման մասին հայտարարվել է 2016 թվականի փետրվարի 11-ին[3]։ Արդյունքները հրապարակվել են Physical Review Letters ամսագրում[1] և մի շարք հետագա հոդվածներում։

Իրադարձությունը ստացել է GW150914 նշանակումը[4]։

2017 թվականին գրավիտացիոն ալիքների փորձարարական հայտնաբերման համար Ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ է շնորհվել՝ Ռայներ Վայսին, Բարի Բերիշին և Քիփ Թորնին[5]։

Գրավիտացիոն ալիքները և դրանց որոնման պատմությունը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գրավիտացիոն ալիքների գոյությունն առաջին անգամ կանխատեսել է Ալբերտ Այնշտայնը 1916 թվականին[6][7]՝ հիմնվելով հարաբերականության ընդհանուր տեսության վրա[8]։ Այդ ալիքները իրենցից ներկայացնում են գրավիտացիոն դաշտի փոփոխությունները, որոնք տարածվում են ալիքների նման։ Երբ գրավիտացիոն ալիքն անցնում է երկու մարմինների միջև, նրանց միջև հեռավորությունը փոխվում է։ Այդ հեռավորության հարաբերական փոփոխությունը ծառայում է որպես ալիքի ամպլիտուդի չափ[9]։

Ճշգրտորեն ասած, դետեկտորի սեփական հաշվման համակարգում գրավիտացիոն ալիքը, առաջին մոտեցմամբ, կարող է դիտվել որպես նյուտոնյան ուժ, որը գործում է հեռավորության վրա գտնվող ազատ կախված զույգից երկրորդ մարմնի վրա, առաջինից տրված տիեզերական վեկտորով , առաջացնելով արագացում` ։ որտեղ -ն մետրիկի բեկումն է, այսինքն՝ գրավիտացիոն ալիքի ամպլիտուդը, այսպես կոչված լայնակի զրոյական հետքի չափիչում, իսկ կետը նշանակում է ժամանակի ածանցյալ։ Z առանցքի երկայնքով տարածվող ω հաճախականությամբ մոնոխրոմատիկ ալիքի դեպքում՝ որտեղ и այն թվերն են, որոնք արտահայտում են հնարավոր գրավիտացիոն ալիքների երկու անկախ բևեռացումների ամպլիտուդը[10]։

Սկզբունքորեն, զանգվածի արագացված շարժմամբ ուղեկցվող գրեթե ցանկացած իրադարձություն առաջացնում է գրավիտացիոն ալիքներ (բացառություն են կազմում կատարյալ սիմետրիկ մարմնի պտույտը համաչափության առանցքի շուրջը, կենտրոնասիմետրիկ սեղմումը և գնդաձև մարմնի ընդլայնումը)։ Սակայն ձգողականությունը շատ թույլ ուժ է, հետևաբար, այդ ալիքների ամպլիտուդը չափազանց փոքր է։ Այսպիսով, 10,000 տոննա կշռող պողպատե սյունը, որը պտտվում է պողպատի առաձգական ուժով` 10 պտույտ վայրկյանում, կարձակի մոտ 10−24 վտ գրավիտացիոն ալիքներ[9]։

Կանխատեսված էֆեկտների ծայրահեղ թուլության պատճառով երկար տարիներ հնարավոր չէր հաստատել (կամ հերքել) դրանց գոյությունը։ Գրավիտացիոն ալիքների գոյության առաջին անուղղակի վկայությունը ստացվել է 1974 թվականին՝ շնորհիվ PSR B1913+16 երկու նեյտրոնային աստղերի սերտ համակարգի դիտարկման, այս հայտնագործության համար Ռասել Հալսը և Ջոզեֆ Թեյլորը ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ են ստացել 1993 թվականին։ Երբ կրկնակի աստղերը պտտվում են միմյանց շուրջ, նրանք ճառագում են գրավիտացիոն ալիքներ՝ կորցնելով էներգիա, ուղեծրերի չափերը փոքրանում են, իսկ պտույտի շրջանը փոքրանում է։ Արձանագրվել է նաև հարաբերականության ընդհանուր տեսության հաշվարկների հետ ճշգրիտ համաձայնությամբ պտույտի ժամանակաշրջանի նվազումը[9][11][12]։

Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման ուղղակի փորձերը սկիզբ են առել 1960-ականների վերջին Ջոզեֆ Վեբերի փորձերից։ Վեբերի կողմից 1969 թվականի վերջին նրանց հայտնաբերման մասին հայտարարությունը, որ հետագայում, 1972 թվականին, հերքվեց գիտական հանրության կողմից, լուրջ հետաքրքրություն առաջացրեց այս խնդրի նկատմամբ։ Երկար ժամանակ գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորների հիմնական ընտրությունը Վեբերի առաջարկած տիպի ռեզոնանսային դետեկտորներն էին, որոնք աստիճանաբար կատարելագործվեցին տասնամյակների ընթացքում։ Նման դետեկտորի աշխատանքի սկզբունքն այն է, որ գրավիտացիոն ալիքը, անցնելով մեծ, մետրերի կարգի, պինդ, սովորաբար ալյումինե ձողի միջով, սեղմում և ընդլայնում է այն (դա երևում է վերը նշված մեկնաբանությունից) և այդպիսով նրա մեջ գրգռում է տատանումները․ մետաղյա ձողը սկսում է «զանգել» զանգի պես, որը կարելի է ֆիքսել[9][13]։

Այս դետեկտորները, սակայն, ունեին անբավարար զգայունություն, ուստի դետեկտորների հաջորդ սերունդը հիմնված է այլ սկզբունքի վրա՝ Մայքելսոնի ինտերֆերոմետրի օգտագործումը, որը հնարավորություն է տալիս մեծ ճշգրտությամբ չափել լույսի օպտիկական ուղու փոփոխությունները ինտերֆերոմետրի յուրաքանչյուր թևի հայելիների միջև։ Միևնույն ժամանակ, միայն շատ երկար թևերի համար (հարյուրավոր կիլոմետրեր) զգայունության օպտիմալ մակարդակի հասնելու խնդիրը լուծվեց՝ յուրաքանչյուր հայտնաբերման թևում ներմուծելով Ֆաբրի-Պերոյի ռեզոնատորներ, որոնք բազմապատկում են ճառագայթների ուղու երկարությունը և հնարավորություն են տալիս կրճատել թևերը[14][15]։ Կառուցված ամենազգայուն դետեկտորներն էին LIGO-ի (երկու ինտերֆերոմետր՝ 4 կմ թևերով) և VIRGO-ի (մեկ ինտերֆերոմետր՝ 3 կմ թևերով) համագործակցության սարքերը, որոնք համաձայնվել էին համատեղ մշակել իրենց դետեկտորների տվյալները[9]։

2014 թվականին BICEP2 փորձարարական թիմի կողմից հայտարարվեց Մեծ պայթյունից մնացած մնացուկային գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման մասին, սակայն տվյալների մանրակրկիտ վերլուծությունից անմիջապես հետո այն հերքվեց Պլանկի համագործակցության կողմից[16]։

Կոմպակտ օբյեկտների միաձուլում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գրավիտացիոն ալիքներ արձակող սև խոռոչների միաձուլման մոդելավորման պատկերացում

Զանգվածային օբյեկտների սեղմված կրկնակի համակարգերը, ինչպիսիք են նեյտրոնային աստղերը կամ սև խոռոչները, անընդհատ գրավիտացիոն ալիքներ են արձակում։ Ճառագայթումը աստիճանաբար նվազեցնում է նրանց ուղեծրերը և ի վերջո հանգեցնում նրանց միաձուլման, որն այդ պահին առաջացնում է հատկապես հզոր գրավիտացիոն ալիք, որը բառացիորեն «գլորվում» է Տիեզերքով։ Նման ուժգնության գրավիտացիոն ալիքը կարելի է հայտնաբերել գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորների միջոցով[4]։

Միաձուլման ազդանշաններ փնտրելիս և նույնականացնելիս օգնում է գրավիտացիոն ալիքների ժամանակային ազդանշանների ակնկալվող ձևի իմացությունը։ Դրա համար օգտագործվում են հարաբերականության քանակային մեթոդներ, որոնց օգնությամբ կազմվում են միաձուլումների հիմնական մոդելների (կաղապարների) ցանցեր, որոնց հանգույցների միջև կիրառվում են վերլուծական մոտարկումներ՝ հիմնված բարձր կարգի հետնյուտոնյան ֆորմալիզմի վրա[17]։

GW150914 իրադարձության գրանցում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Երկու սև խոռոչների միաձուլման ազդանշանը գրավիտացիոն ալիքի ամպլիտուդով (մետրական h-ի անչափ տատանումներ) առավելագույնը մոտ 10−21-ով հայտնաբերվել է 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին ժամը 09:50:45 UTC երկու LIGO դետեկտորներով. նախ Լիվինգստոնում, իսկ 7 միլիվայրկյան անց՝ Հանֆորդում, ազդանշանի առավելագույն ամպլիտուդի շրջանում (0,2 վայրկյան), ազդանշան-աղմուկ համակցված հարաբերակցությունը կազմել է 24:1։ Իրադարձությունը ստացել է GW150914 անվանումը (որում կոդավորված է իրադարձության տեսակը՝ գրավիտացիոն ալիք և ամսաթիվ YYMMDD ձևաչափով)[4]։

Իրադարձության մասին առաջին տեղեկությունը ստացվել է իր ժամանումից երեք րոպե անց Coherent WaveBurst ծրագրից[18], որը որոնում է կամայական ալիքային ձևեր LIGO տվյալների հոսքում և մշակվել է ֆիզիկոսներ Սերգեյ Կլիմենկոյի և Գենախ Միտսելմախերի ղեկավարությամբ, ովքեր աշխատում են Ֆլորիդայի համալսարանում[19]։ Այնուհետև ազդանշանը հաստատվեց երկրորդ ծրագրով, որը նախատեսված էր տեսական նմուշների միջոցով կոմպակտ կրկնակիների միաձուլման ազդանշաններ որոնելու համար[1]։

LIGO համագործակցության առաջին անդամը, ով ուշադրություն դարձրեց ազդանշանին, իտալացի հետդոկտոր Մարկո Դրագոն է, ով աշխատում է Հաննովերի Մաքս Պլանկի գրավիտացիոն ֆիզիկայի ինստիտուտում։ 2015 թվականի սեպտեմբերի 14-ին՝ ազդանշանի ժամանումից երեք րոպե անց, Դրագոն ծանուցում ստացավ LIGO-ի հետևման համակարգից։ Դրագոն ահազանգել է Հանովերից մեկ այլ հետդոկտոր Էնդրյու Լունդգրենին, տեղական ժամանակով ժամը 12:00-ին նրանք զանգահարել են Լիվինգստոնի և Հանֆորդի կառավարման կենտրոններ։ Ծանուցումը ստանալուց մոտ մեկ ժամ անց (մոտ 11:00 UTC) Դրագոն փոստով հաղորդագրություն է ուղարկեց LIGO-ի ամբողջ համագործակցությունով[20][21]։

Տեղական ժամանակով 6:30-ի սահմաններում (10:30 UTC) Կլիմենկոն ստուգեց իր փոստը և տեսավ ազդանշանը գտնելու մասին նամակ ծրագրից։ Ժամը 07:15-ի սահմաններում (11:15 UTC) նա այդ մասին տեղեկացրեց դետեկտորների աշխատանքը վերահսկող իր գործընկերներին[22]։

Համագործակցությունները սեպտեմբերի 18-ից սկսել են ազդանշանների ձեռքով մշակումը և մինչև հոկտեմբերի 5-ն ավարտել աշխատանքների նախնական փուլը[21]։ Միևնույն ժամանակ, ծրագրեր են գործարկվել այլ աստղագիտական տիրույթներում այս իրադարձության հնարավոր ազդանշանների որոնման համար. նեյտրինոյի ազդանշան չի հայտնաբերվել[23], Ֆերմիի համագործակցությունը հնարավոր է, որ թույլ ռենտգենյան բռնկում է հայտնաբերել[24]։

Իրադարձության պարամետրեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ազդանշանի ձևը համընկնում է հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխատեսմանը 36+5
−4 և 29+4
−4 արեգակնային զանգված ունեցող երկու սև խոռոչների միաձուլման համար։ Ստացված սև խոռոչն ունի 62+4
−4 արևի զանգված և պտտման պարամետր a = 0.67+0.05
−0.07։ Միաձուլման ժամանակ վայրկյանի տասներորդներով արտանետվող էներգիան համարժեք է 3+0.5
−0.5 արեգակնային զանգվածի[1][25][26]։

Աղբյուրի գտնվելու վայրը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Աղբյուրի հեռավորությունը հաշվարկվել է բաց թողնված հզորության համեմատությունից, որը գնահատվում է սև խոռոչների զանգվածներով և չափված ազդանշանի ամպլիտուդով, 10−21: Պարզվեց, որ հեռավորությունը մոտավորապես 1,3 միլիարդ լուսային տարի է (410+160
−180 մեգապարսեկ, կարմիր շեղումը՝ z = 0.09+0.03
−0.04)[1]:

Ուղղությունը դեպի ազդանշանի աղբյուր որոշվում է դետեկտորների միջով ազդանշանի անցման ժամանակների տարբերությամբ։ Ընդամենը երկու LIGO դետեկտորների դեպքում այս ժամանակային տարբերությունը որոշում է միայն ազդանշանի տարածման ուղղության և դետեկտորները միացնող ուղիղ գծի միջև եղած անկյունը։ Սա սահմանում է կոն, որի մակերեսի վրա կարող է տեղակայվել աղբյուրը։ Աստղային երկնքի քարտեզի վրա աղբյուրի հնարավոր գտնվելու վայրը նման է բարակ օղակի. օղակի հաստությունը որքան փոքր է, այնքան փոքր է չափման սխալը[1][27]։ Ազդանշանի ուշացումը 6.9+0.5
−0.4 մվ էր, ինչը հնարավորություն տվեց հաշվարկել, որ ազդանշանի աղբյուրը՝ GW150914-ն ընկած է կոնի վրա, որի հավասարեցումն ուղղված է դեպի հարավային երկնային կիսագունդ։ Գրավիտացիոն ալիքի բևեռացման և ենթադրյալ աղբյուրի նկատմամբ երկու ալեհավաքների փոխադարձ դիրքի լրացուցիչ դիտարկումը, որը հիմնված է ազդանշանի ամպլիտուդների հարաբերակցության վրա, հնարավորություն է տալիս ավելի նեղացնել տարածաշրջանը։ Աստղային երկնքի քարտեզի վրա այն տարածքը, որտեղ գտնվում է ազդանշանի աղբյուրը, իրենից ներկայացնում է կիսալուսին՝ 140 քառակուսի աստիճան մակերեսով (50% հավանականությամբ) կամ 590 քառակուսի աստիճանով (90% հավանականությամբ)[1][28]։ Միևնույն ուղիղ գծի վրա չգտնվող երեք դետեկտորների առկայության դեպքում հնարավոր կլիներ զգալիորեն մեծացնել աղբյուրի կոորդինատի որոշման ճշգրտությունը։

Միջազգային համագործակցություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Չնայած այն հանգամանքին, որ ԱՄՆ-ը սկզբնական ազդակ է տվել նախագծին, LIGO աստղադիտարանը իսկապես միջազգային նախագիծ է[27]։ Ընդհանուր առմամբ, գիտական արդյունքին նպաստել են հազարից ավելի գիտնականներ տասնհինգ երկրներից։ Դետեկտորների մշակմանը և տվյալների վերլուծությանը մասնակցել են ավելի քան 90 համալսարաններ և գիտահետազոտական ինստիտուտներ, և մոտ 250 ուսանող նույնպես նշանակալի ներդրում է ունեցել[25][29][30]։

Գրավիտացիոն ալիքները հայտնաբերելու համար LIGO-ի ստեղծումը առաջարկվել է 1980 թվականին Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ռայներ Վայսի, Կալիֆոռնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկայի պրոֆեսոր Քիփ Թորնի և նույն ինստիտուտի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ռոնալդ Դրևերի կողմից[27][30]։

LSC դետեկտորների ցանցը ներառում է LIGO ինտերֆերոմետրերը և GEO600 դետեկտորը։ GEO թիմը ներառում է Մաքս Պլանկի գրավիտացիոն ֆիզիկայի ինստիտուտի (Ալբերտ Այնշտեյնի ինստիտուտ, AEI) և Հանովերի Լայբնիցի համալսարանի գիտնականներ՝ Մեծ Բրիտանիայի՝ Գլազգոյի, Քարդիֆի, Բիրմինգհեմի և այլ համալսարանների, ինչպես նաև Իսպանիայի Բալեարյան կղզիների համալսարանի հետ համագործակցությամբ[25][30]։

VIRGO համագործակցությունը ներառում է ավելի քան 250 ֆիզիկոս և ինժեներ, որոնք պատկանում են եվրոպական 19 տարբեր հետազոտական խմբերի. վեցը Ֆրանսիայի Գիտական հետազոտությունների ազգային կենտրոնից են, ութը Իտալիայի Միջուկային ֆիզիկայի ազգային ինստիտուտից, երկուսը Նիդերլանդների Նիխեֆից, Հունգարիայի գիտությունների ակադեմիայի ֆիզիկական գիտությունների բաժանմունքից (Wigner RCP), POLGRAW թիմերը Լեհաստանից և Եվրոպական գրավիտացիոն աստղադիտարանից, որն աշխատեցնում է Իտալիայի Պիզա քաղաքի մոտ գտնվող VIRGO դետեկտորը[25][30]։

1990-ականների սկզբին որոշում կայացվեց կառուցել մի քանի դետեկտորներ, և համեմատաբար փոքր GEO600-ը Եվրոպայում և TAMA300-ը Ճապոնիայում առաջինը պետք է գործարկվեին։ Այս կայանքները հնարավորություն ունեին հայտնաբերելու գրավիտացիոն ալիքները, բայց առաջին հերթին պետք է փորձարկեին տեխնոլոգիան։ Ենթադրվում էր, որ հայտնաբերման հիմնական հավակնորդները կլինեն LIGO-ն և VIRGO-ն[31]։

Հայտնաբերումը հնարավոր է դարձել երկրորդ սերնդի աստղադիտարանի (Advanced LIGO) նոր հնարավորությունների շնորհիվ՝ ԱՄՆ-ի Ազգային գիտական հիմնադրամի ֆինանսական աջակցությամբ։ Նախագծին զգալի ներդրում են ունեցել նաև Գերմանիայի (Մաքս Պլանկի միություն), Մեծ Բրիտանիայի (Գիտության և տեխնոլոգիաների խորհուրդ) և Ավստրալիայի (Ավստրալիայի հետազոտությունների խորհուրդ) ֆինանսավորող կազմակերպությունները։ Որոշ հիմնական տեխնոլոգիաներ, որոնք Advanced LIGO-ն շատ ավելի զգայուն են դարձրել, մշակվել և փորձարկվել են գերմանա-բրիտանական GEO նախագծում[19][30]։ Սկզբում ամերիկացիները Ավստրալիային առաջարկեցին ալեհավաք կառուցել Հարավային կիսագնդում և համաձայնեցին տրամադրել դրա համար բոլոր սարքավորումները, սակայն Ավստրալիան հրաժարվեց տեղադրման պահպանման բարձր արժեքի պատճառով[32]։

Զգալի հաշվողական ռեսուրսներ են տրամադրվել Հաննովերի AEI Atlas կլաստերի, Սիրաքյուսի համալսարանի LIGO լաբորատորիայի և Վիսկոնսին-Միլուոքի համալսարանի կողմից։ Մի քանի համալսարաններ` Ավստրալիայի ազգային համալսարանը, Ադելաիդայի համալսարանը, Ֆլորիդայի համալսարանը, Սթենֆորդի համալսարանը, Նյու Յորքի Կոլումբիայի համալսարանը և Լուիզիանայի պետական համալսարանը նախագծել, կառուցել և փորձարկել են Advanced LIGO-ի հիմնական բաղադրիչները[25][30]։ Տեղակայանքների սարքավորումները պարունակում են բաղադրիչներ բազմաթիվ երկրներից։ Այսպիսով, LIGO-ն ունի գերմանական լազերներ, հայելիների մի մասը պատրաստվել է Ավստրալիայում և այլն[33]։

Ինժեներական տեսանկյունից գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման տեխնոլոգիաների ներդրումը պահանջում էր բազմաթիվ դժվարությունների հաղթահարում։ Օրինակ, «զուտ մեխանիկորեն» անհրաժեշտ է զանգվածային հայելիներ կախել կախոցի վրա, որը կախված է մեկ այլ կախոցից, այն մեկը երրորդ կախոցից և այլն, և այս ամենը, որպեսզի հնարավորինս ազատվի կողմնակի թրթռումից։ Գործիքային խնդիրների մեկ այլ օրինակ օպտիկական է. որքան հզոր է ճառագայթը, որը շրջանառվում է օպտիկական համակարգում, այնքան ավելի թույլ հայելու տեղաշարժը կարող է հայտնաբերվել ֆոտոսենսորի կողմից։ Ազդեցությունը փոխհատուցելու համար 2000-ականներին գործարկվեց հետազոտական ծրագիր, որում ներառված էին հետազոտողներ ԱՄՆ-ից և Ավստրալիայից։ Արևմտյան Ավստրալիայում 80 մետր երկարությամբ սարքը նախագծվել է ոսպնյակների և հայելիների համակարգի վրա հզոր ճառագայթի ազդեցությունը նմանակելու, ինչպես նաև այդ ազդեցությունից ազատվելու համար[19][27][34]։

2019 թվականի հոկտեմբերին գրավիտացիոն ալիքների LIGO, Virgo և GEO600 համատեղ դիտարկմանը միացել է KAGRA նախագիծը, որը կբարձրացնի ճշգրտությունը՝ նվազեցնելով երկնքի այն տարածքը, որտեղից ալիքները եկել են 30-ից մինչև 10 քառակուսի աստիճան[35][36]։

Խորհրդային և ռուս գիտնականների ներդրում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • 1948 թվականին ակադեմիկոս Վլադիմիր Ֆոկը առաջին անգամ ուշադրություն հրավիրեց աստղաֆիզիկական երևույթների վրա՝ որպես գրավիտացիոն ալիքների աղբյուր, ով միևնույն ժամանակ հաշվարկներ արեց Յուպիտերի գրավիտացիոն ճառագայթման ուժի համար[37][38]։
  • Գրավիտացիոն ալիքների որոնման համար լազերային ինտերֆերոմետրեր օգտագործելու գաղափարն առաջին անգամ առաջարկվել է 1962 թվականին Միխայիլ Գերցենշտեյնի և Վլադիսլավ Պուստովոյտի կողմից՝ ԽՍՀՄ-ում[32][33]։ Այնուամենայնիվ, համարվում է, որ դրանց հրապարակումը չի նկատվել Արևմուտքում և չի ազդել իրական նախագծերի զարգացման վրա[27]։
  • Վլադիմիր Բրագինսկու մասնակցությունը փորձարարական գրավիտացիոն ալիքների հետազոտությանը սկսվեց 1960-ական թվականներին Ջոզեֆ Վեբերի փորձերի արդյունքների ստուգմամբ, ով հայտարարեց ալյումինե ալեհավաքների միջոցով գրավիտացիոն ալիքների հաջող հայտնաբերման մասին։ Մոսկվայի պետական համալսարանում ստեղծված նմանատիպ ալեհավաքների վրա զգույշ չափումները, որոնք ունեն զգայունության ավելի բարձր մակարդակ, հերքեցին Վեբերի եզրակացությունները[39] (ինչպես ավելի ուշ տարբեր լաբորատորիաներում կատարվող այլ թեստեր)։ Բրագինսկին նաև տեսականորեն կանխատեսել է, որ զգայունության որոշակի մակարդակի ցանկացած ճշգրիտ չափումների ժամանակ սկսում են ի հայտ գալ քվանտային սահմանափակումներ (Ստանդարտ քվանտային սահմանաչափ) և առաջարկել է այս խնդիրը շրջանցելու ուղիներ (Քվանտային-չխանգարող չափումներ)։ Քվանտային սահմանափակումները էական դեր են խաղում ժամանակակից ինտերֆերոմետրիկ դետեկտորներում։ Նա մասնակցել է LIGO նախագծի մանրամասների մշակմանը նույնիսկ պլանավորման փուլում[32][33][40] և նույնիսկ առաջարկվել է ղեկավարել նախագիծը[27][38]։
  • Վլադիմիր Բրագինսկու խումբը (Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետ) հենց սկզբից պաշտոնապես ներգրավված է եղել LIGO նախագծում և լուծել է մի շարք խնդիրներ՝ կապված ալեհավաքի զգայունության հիմնարար սահմանափակումների հետ։ Նրա աշխատանքի ընթացքում ստացվել են հետևյալ արդյունքները[41].
    • Ստեղծվել է հալված քվարցից պատրաստված փորձնական զանգվածների յուրահատուկ կախոց։ Փորձնական զանգվածի ճոճանակի տատանումների չափված խամրման ժամանակը մոտ հինգ տարի էր։ Փորձնականորեն ապացուցվել է, որ, ի տարբերություն LIGO-ի նախնական տարբերակում օգտագործված պողպատե կախոցների, քվարցային կախոցները չեն պարունակում ավելորդ մեխանիկական աղմուկ։
    • Մանրամասն ուսումնասիրված են քվարցային հայելիների վրա տեղակայված էլեկտրական լիցքերից առաջացող աղմուկները։
    • Հայտնաբերվել է դետեկտորի հայելիներում հիմնարար թերմոդինամիկական աղմուկների նոր դաս։ Նրանց վերլուծությունը հանգեցրեց LIGO-ի ներկայիս օպտիկական կոնֆիգուրացիայի զգալի փոփոխության (բյուրեղային շափյուղայի մերժում՝ հօգուտ քվարցի)։
    • Կանխատեսվել է ինտերֆերոմետրի պարամետրային անկայունության ազդեցությունը, որը հետագայում փորձնականորեն հայտնաբերվել է LIGO դետեկտորներում, և առաջարկվել են այն կանխելու ուղիներ։
    • Վերլուծվում են գրավիտացիոն-ալիքային դետեկտորների օպտիկական համակարգի որակապես նոր տոպոլոգիաները՝ հիմնված քվանտային չափումների տեսության սկզբունքների վրա՝ զերծ ստանդարտ քվանտային սահմանի սահմանափակումներից։
  • Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի թղթակից անդամ Ալեքսանդր Սերգեևի խումբը (Կիրառական ֆիզիկայի ինստիտուտ ՌԳԱ, Նիժնի Նովգորոդ) մասնակցել է LIGO-ի աշխատանքներին։ Խումբը նախագծել և տեղադրել է օպտիկական մեկուսիչներ LIGO դետեկտորների վրա 2007 թվականին, որպեսզի կանխեն հայելիներից արտացոլված լույսը հետ դեպի լազեր[42]։
  • Կրկնակի նեյտրոնային աստղերի և սև խոռոչների պոպուլյացիայի մոդելի թվային հաշվարկները (Ա. Վ. Տուտուկով և Լ. Ռ. Յունգելսոն, Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի աստղագիտության ինստիտուտ, 1993 թ.) ցույց են տվել, որ Գալակտիկայում կրկնակի նեյտրոնային աստղերի միաձուլման հաճախականությունը ավելի քան 2 կարգի մեծության գերազանցում է կրկնակի սև խոռոչների միաձուլման հաճախականությանը։ Բայց դետեկտորի ֆիքսված սահմանափակող զգայունությամբ, տարածության այն ծավալների հարաբերակցությունը, որտեղ հնարավոր է հայտնաբերել կրկնակի նեյտրոնային աստղերի և կրկնակի սև խոռոչների միաձուլումը, համաչափ է սև խոռոչի և նեյտրոնային աստղի զանգվածների հարաբերակցությանը՝ 2,5 հզորությամբ։ Այդ պատճառով, եթե սև խոռոչների զանգվածը գերազանցում է արևի մոտ 10 զանգվածը, գրանցման կանխատեսված հաճախականությունները համեմատելի են դառնում, և սև խոռոչի միաձուլումը կարող է առաջինը հայտնաբերվել[43]։ Անկախ այն հանգամանքից, որ գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման ամենահավանական թեկնածուները հենց սև խոռոչների միաձուլումն են, և ոչ նեյտրոնային աստղերը, մատնանշվել է 1997 թվականին Շտեռնբերգի անվան աստղագիտական ինստիտուտի աշխատակիցներ` Վ.Մ.Լիպունովը, Կ․Ա․Պոստոնովը և Կ.Ե․Պրոխորովը[44]։
  • LIGO նախագծի հիմնադիրներից մեկը (ինչպես նաև Վլադիմիր Բրագինսկու մտերիմ ընկերը)` Քիփ Թորնը բարձր է գնահատել ռուս գիտնականների ներդրումը նախագծում[45]։
  • Ռոբոտային աստղադիտակների համաշխարհային ցանցը (նախագծի ղեկավար՝ Վլադիմիր Լիպունով) ներդրում է ունեցել LIGO-ի GW150914՝ առաջին գրավիտացիոն ալիքի իրադարձության տեղայնացման շրջանի ուսումնասիրության օպտիկական աջակցության մեջ[46]։

Գիտական արդյունքներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Բացահայտումը հանգեցրեց հետևյալ նոր գիտական արդյունքների[27][47][48].

Բացի այդ, գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումը չի հերքում ձգողականության տեսության որևէ գործող վարկած[53]։

Ստացվել են գրավիտացիոն ալիքների ճառագայթման ընթացքում ընդհանուր հարաբերականությունից հնարավոր շեղումների առավելագույն սահմանափակումների արժեքները և լրացուցիչ տարածական չափումներ ունեցող տեսությունների պարամետրերը[54]։

Բացահայտման գնահատականներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

LIGO համագործակցության գիտնականներին շնորհվել է 3 միլիոն դոլար արժողությամբ Հիմնարար ֆիզիկայի մրցանակ՝ գրավիտացիոն ալիքների գոյությունը հաստատելու համար։ Միևնույն ժամանակ, մրցանակի մեկ երրորդ մասը կիսում են նախագծի հիմնադիրները՝ Քիփ Թորնը, Ռայներ Վայսը և Ռոնալդ Դրայվերը, իսկ մնացածը բաժին է հասնում հայտնագործության 1012 համահեղինակներին[55]։

2017 թվականին գրավիտացիոն ալիքների փորձնական հայտնաբերման համար շնորհվել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ[5]։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 B. P. Abbott (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger(անգլ.) // Physical Review Letters : journal. — 2016. — Т. 116. — № 6. — doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102
  2. ↑ Abbott, B. P. GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence(անգլ.) // Physical Review Letters : journal. — 2016. — Т. 116. — № 24. — С. 241103. — doi:10.1103/PhysRevLett.116.241103
  3. ↑ «THURSDAY: Scientists to provide update on the search for gravitational waves». ligo.org. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 24-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 24-ին.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Emanuele Berti (2016 թ․ փետրվարի 11). «Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes» (անգլերեն). Physical Review Letters. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 12-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 11-ին.
  5. ↑ 5,0 5,1 «The Nobel Prize in Physics 2017». www.nobelprize.org. Արխիվացված օրիգինալից 2018 թ․ օգոստոսի 12-ին. Վերցված է 2017 թ․ հոկտեմբերի 4-ին.
  6. ↑ Einstein, A. Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation(գերմ.) // Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin : magazin. — 1916. — Т. part 1. — С. 688—696. Архивировано из первоисточника 17 փետրվարի 2019.
  7. ↑ Einstein, A. Über Gravitationswellen // Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. — 1918. — Т. part 1. — С. 154—167. Архивировано из первоисточника 17 փետրվարի 2019.
  8. ↑ Finley, Dave. «Einstein's gravity theory passes toughest test yet: Bizarre binary star system pushes study of relativity to new limits». Phys.Org. Արխիվացված օրիգինալից 2018 թ․ սեպտեմբերի 23-ին. Վերցված է 2020 թ․ հուլիսի 6-ին.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 «Гравитационные волны: дорога к открытию Алексей Левин «Троицкий вариант» № 3(197), 23 февраля 2016 года Несостоявшаяся сенсация». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ մարտի 1-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 26-ին.
  10. ↑ Maggiore M. Chapter 1. The geometric approach to GWs // Gravitational Waves. Volume 1: Theory and Experiments. — OUP Oxford, 2007. — С. 576. — ISBN 9780198570745
  11. ↑ Castelvecchi, Davide; Witze, Alexandra Einstein's gravitational waves found at last(անգլ.) // Nature : journal. — 2016. — doi:10.1038/nature.2016.19361
  12. ↑ «Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes». BBC News. 2016 թ․ փետրվարի 11. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 15-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 13-ին.
  13. ↑ Maggiore M. Chapter 8. Resonant-mass detectors // Gravitational Waves. Volume 1: Theory and Experiments. — OUP Oxford, 2007. — С. 576. — ISBN 9780198570745
  14. ↑ Maggiore M. Chapter 9. Interferometers // Gravitational Waves. Volume 1: Theory and Experiments. — OUP Oxford, 2007. — С. 576. — ISBN 9780198570745
  15. ↑ Harry Collins Gravity's Shadow: The Search for Gravitational Waves. — University of Chicago Press, 2004. — ISBN 9780226113784
  16. ↑ «И снова о гравитационных волнах Борис Штерн «Троицкий вариант» № 13(157), 1 июля 2014 года». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ մարտի 1-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 26-ին.
  17. ↑ Abbott, Benjamin P. Properties of the binary black hole merger GW150914(անգլ.) : journal. — 2016. — 1602.03840
  18. ↑ «Discovery of gravitational waves». Արխիվացված օրիգինալից 2020 թ․ սեպտեմբերի 30-ին. Վերցված է 2020 թ․ հուլիսի 6-ին.
  19. ↑ 19,0 19,1 19,2 Gravitational waves detected 100 years after Einstein’s prediction Արխիվացված 2016-02-12 Wayback Machine — Ֆլորիդայի համալսարանի կայքում
  20. ↑ «Here's the first person to spot those gravitational waves | Science | AAAS». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 16-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 13-ին.
  21. ↑ 21,0 21,1 «Представлен обнаруживший гравитационные волны учёный: Космос: Наука и техника: Lenta.ru». Արխիվացված օրիգինալից 2017 թ․ փետրվարի 8-ին. Վերցված է 2020 թ․ հուլիսի 6-ին.
  22. ↑ «ТАСС: Наука — Гравитационные волны обнаружены в США с помощью алгоритма русского ученого Сергея Клименко». Արխիվացված օրիգինալից 2017 թ․ սեպտեմբերի 21-ին. Վերցված է 2020 թ․ հուլիսի 6-ին.
  23. ↑ The ANTARES, IceCube, LIGO Scientific and VIRGO collaborations (2016 թ․ փետրվարի 11). «High-energy Neutrino follow-up search of Gravitational Wave Event GW150914 with ANTARES and IceCube» (PDF) (անգլերեն). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ մարտի 3-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 24-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  24. ↑ Fermi collaboration. «Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational Wave event GW150914» (PDF) (անգլերեն). Արխիվացված (PDF) օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 16-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 24-ին.
  25. ↑ 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 «GRAVITATIONAL WAVES DETECTED 100 YEARS AFTER EINSTEIN'S PREDICTION» (անգլերեն). VIRGO. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 16-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 11-ին.
  26. ↑ LIGO. «Data release for event GW150914» (անգլերեն). LIGO Open Science Center. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 27-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ url-status (link)(չաշխատող հղում)
  27. ↑ 27,0 27,1 27,2 27,3 27,4 27,5 27,6 Игорь Иванов (2016 թ․ փետրվարի 11). «Гравитационные волны — открыты!» (ռուսերեն). Элементы Большой Науки. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 14-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 14-ին.
  28. ↑ «Properties of the binary black hole merger GW150914» (PDF). ligo.org. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ փետրվարի 15-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 24-ին.
  29. ↑ «LSC/Virgo Census» (անգլերեն). Արխիվացված է օրիգինալից 2014 թ․ մայիսի 5-ին. Վերցված է 2015 թ․ փետրվարի 24-ին.
  30. ↑ 30,0 30,1 30,2 30,3 30,4 30,5 «Коллаборация LIGO, в которую входят сотрудники МГУ, объявила о регистрации гравитационных волн» (ռուսերեն). www.msu.ru. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 27-ին. Վերցված է 2017 թ․ հունվարի 22-ին.
  31. ↑ «Астронет > И рыба, и удочка». Астронет. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ դեկտեմբերի 21-ին. Վերցված է 2017 թ․ հունվարի 22-ին.
  32. ↑ 32,0 32,1 32,2 «Интервью с Сергеем Вятчаниным». Lenta.ru. 2016 թ․ փետրվարի 12. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 12-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 27-ին.
  33. ↑ 33,0 33,1 33,2 33,3 «Сергей Попов: «Зачем нужна астрономия» (лекция 14 февраля 2016 года)». Արխիվացված օրիգինալից 2019 թ․ ապրիլի 19-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 23-ին.
  34. ↑ «Элементы - новости науки: Преодолено препятствие на пути к высокочувствительному детектору гравитационных волн». elementy.ru. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ դեկտեմբերի 14-ին. Վերցված է 2017 թ․ հունվարի 22-ին.
  35. ↑ «Японская KAGRA присоединится к глобальной сети гравитационных антенн». 2019 թ․ հոկտեմբերի 5. Արխիվացված է օրիգինալից 2020 թ․ դեկտեմբերի 3-ին. Վերցված է 2020 թ․ նոյեմբերի 16-ին.
  36. ↑ «KAGRA to Join LIGO and Virgo in Hunt for Gravitational Waves». 2019 թ․ հոկտեմբերի 4. Արխիվացված է օրիգինալից 2020 թ․ նոյեմբերի 18-ին. Վերցված է 2020 թ․ նոյեմբերի 16-ին.
  37. ↑ Фок В. А. Теория пространства времени и тяготения.. — М.: Гос.изд., 1955. — С. 426—430. — 504 с.
  38. ↑ 38,0 38,1 «Гравитационные волны: российские корни открытия». Новости сибирской науки. 2016 թ․ փետրվարի 24. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 27-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 27-ին.
  39. ↑ Брагинский В. Б., Зельдович Я. Б., Руденко В. Н. О приеме гравитационного излучения внеземного происхождения // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1969. — № 10. — С. 437—441. Архивировано из первоисточника 12 Մարտի 2016.
  40. ↑ «Глава LIGO назвал незаменимым вклад России в открытие волн пространства-времени». Lenta.ru. 2016 թ․ փետրվարի 12. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 27-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 27-ին.
  41. ↑ «Коллаборация LIGO, в которую входят сотрудники МГУ, объявила о регистрации гравитационных волн». МГУ имени Ломоносова. 2016 թ․ փետրվարի 11. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 27-ին. Վերցված է 2015 թ․ փետրվարի 24-ին.
  42. ↑ Понятов А. Они существуют! Гравитационные волны зарегистрированы(ռուս.) // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — С. 2—12.
  43. ↑ A. V. Tutukov, L. R. Yungelson The merger rate of neutron star and black hole binaries(անգլ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — Oxford University Press, 1993-02-01. — Т. 260. — С. 675—678. — ISSN 0035-8711. — doi:10.1093/mnras/260.3.675 Архивировано из первоисточника 16 հունվարի 2017.
  44. ↑ V. M. Lipunov, K. A. Postnov, M. E. Prokhorov Black holes and gravitational waves: Possibilities for simultaneous detection using first-generation laser interferometers(անգլ.) // Astronomy Letters. — 1997-07-01. — Т. 23. — С. 492—497. — ISSN 1063-7737.
  45. ↑ «Основатель LIGO Кип Торн: Однажды человечество повторит путь героев «Интерстеллар»». Russia Today. 2016 թ․ փետրվարի 12. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 27-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 27-ին.
  46. ↑ «Localization and broadband follow-up of the gravitational-wave transient GW150914». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ օգոստոսի 12-ին. Վերցված է 2016 թ․ հունիսի 27-ին.
  47. ↑ Сергей Попов, Эмиль Ахмедов, Валерий Рубаков, Анатолий Засов (2016 թ․ փետրվարի 12). «Точка зрения: Что изменит открытие гравитационных волн» (ռուսերեն). ПостНаука. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 15-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 14-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  48. ↑ Алексей Понятов Они существуют! Гравитационные волны зарегистрированы // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/28316/ Արխիվացված 2017-02-02 Wayback Machine
  49. ↑ «Что увидели детекторы LIGO Борис Штерн «Троицкий вариант» № 3(197), 23 февраля 2016 года Что нам это дает?». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 26-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 26-ին.
  50. ↑ «Столетний юбилей ОТО О. О. Фейгин «Химия и жизнь» № 10, 2015». Արխիվացված օրիգինալից 2017 թ․ մայիսի 4-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 26-ին.
  51. ↑ «Физики поймали гравитационные волны». Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ մարտի 4-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 23-ին.
  52. ↑ Дрожь вселенной // Популярная механика. — 2017. — № 12. — С. 26.
  53. ↑ «Что увидели детекторы LIGO 12 февраля 2016 года. ТрВ № 198, Борис Штерн Что нам это дает?». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 15-ին. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 16-ին.
  54. ↑ LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, F. Acernese Tests of General Relativity with GW170817(անգլ.) // Physical Review Letters. — 2019. — В. 1. — Т. 123. — С. 011102. — doi:10.1103/PhysRevLett.123.011102
  55. ↑ «Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics Awarded for Detection of Gravitational Waves 100 Years after Albert Einstein Predicted Their Existence». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ մայիսի 7-ին. Վերցված է 2016 թ․ մայիսի 3-ին.

Литература[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերում» հոդվածին։
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Գրավիտացիոն_ալիքների_հայտնաբերում&oldid=9812994» էջից