2016. gada 11. februārī lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) zinātnieki paziņoja par pirmo gravitācijas viļņu noteikšanu. Šī attīstība, kas apstiprināja Einšteina Vispārējās relativitātes teorijas pirms gadsimta izteikto prognozi, kosmologiem un astrofiziķiem ir pavērusi jaunas pētījumu iespējas. Kopš tā laika ir veikti vairāk atklājumu, par kuriem tika apgalvots, ka melnie caurumi saplūst.
Jaunākā atklāšana notika 2017. gada 14. augustā, kad trīs observatorijas - Advanced LIGO un Advanced Virgo detektori - vienlaicīgi atklāja gravitācijas viļņus, kas radīti, apvienojot melnos caurumus. Šī bija pirmā reize, kad trīs dažādās vietās no visas pasaules tika atklāti gravitācijas viļņi, tādējādi ieviešot jaunu kosmisko parādību globālā tīklā veiktu pētījumu laikmetu.
Pētījumu, kurā sīki aprakstīti šie novērojumi, nesen tiešsaistē publicēja LIGO zinātniskā sadarbība un Jaunavu sadarbība. Ar nosaukumu “GW170814: Gravitācijas viļņu trīsdetektoru novērošana no bināra melna cauruma saplūšanas”, šis pētījums ir pieņemts arī publicēšanai zinātniskajā žurnālā Fiziskās apskates vēstules.
Notikums, kas apzīmēts kā GW170814, tika novērots plkst. 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) 2017. gada 14. augustā. Notikumu atklāja Nacionālā zinātnes fonda divas LIGO detektori (atrodas Livingstonā, Luiziānā un Hanfordā, Vašingtonā) un Jaunavu detektors, kas atrodas netālu no Pizas, Itālijā - ko uztur Nacionālais zinātnisko pētījumu centrs (CNRS) un Nacionālais kodolfizikas institūts (INFN).
Lai gan tas nav pirmais gravitācijas viļņu noteikšanas gadījums, šī bija pirmā reize, kad notikumu vienlaikus pamanīja trīs observatorijas. Kā nesenā LIGO paziņojumā presei sacīja NSF direktore Francija Kordova:
“Nedaudz vairāk nekā pirms pusotra gada NSF paziņoja, ka tā lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija ir veikusi pirmo reizi gravitācijas viļņu noteikšanu, kas notika divu melno caurumu sadursmē galaktikā miljarda gaismas gadu attālumā. Šodien mēs ar prieku paziņojam par pirmo atklājumu, kas veikts sadarbībā starp Jaunavas gravitācijas viļņu observatoriju un LIGO zinātnisko sadarbību, un pirmo reizi gravitācijas viļņu noteikšanu novēroja šīs observatorijas, kas atrodas tūkstošiem jūdžu attālumā viena no otras. Tas ir aizraujošs pavērsiens arvien pieaugošajos starptautiskajos zinātniskajos centienos atklāt mūsu Visuma ārkārtējos noslēpumus. ”
Balstoties uz atklātajiem viļņiem, LIGO zinātniskā sadarbība (LSC) un Jaunava sadarbībā varēja noteikt notikuma veidu, kā arī iesaistīto objektu masu. Pēc viņu pētījuma datiem, notikumu izraisīja divu melno caurumu - attiecīgi 31 un 25 saules masu - apvienošanās. Notikums notika apmēram 1,8 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes, un tā rezultātā tika izveidots vērpjošs melnais caurums ar apmēram 53 Saules masām.
Tas nozīmē, ka apmēram trīs Saules masas apvienošanās laikā tika pārveidotas par gravitācijas viļņu enerģiju, kuru pēc tam atklāja LIGO un Jaunava. Kaut arī tas ir iespaidīgs pats par sevi, šis jaunākais atklājums ir tikai garša tam, ko gravitācijas viļņu detektori, piemēram, LIGO un Jaunavas sadarbība, var paveikt tagad, kad viņi ir nonākuši attīstītajos posmos un sadarbībā savā starpā.
Gan Advanced LIGO, gan Advanced Virgo ir otrās paaudzes gravitācijas viļņu detektori, kas pārņemti no iepriekšējiem. LIGO objekti, kurus iecerēja, uzbūvēja un kurus pārvalda Caltech un MIT, laika posmā no 2002. līdz 2010. gadam nesekmīgi vāca datus. Tomēr no 2015. gada septembra Advanced LIGO izveidojās tiešsaistē un sāka veikt divus novērošanas braucienus - O1 un O2.
Tikmēr sākotnējais Jaunavas detektors novērojumus veica no 2003. gada līdz 2011. gada oktobrim, vēlreiz bez panākumiem. Līdz 2017. gada februārim tika sākta Advanced Virgo detektora integrācija, un instrumenti bija tiešsaistē tiešsaistē līdz nākamajam aprīlim. 2007. gadā Jaunava un LIGO arī sadarbojās, lai dalītos un kopīgi analizētu datus, ko ierakstījuši viņu attiecīgie detektori.
2017. gada augustā Jaunavas detektors pievienojās O2 palaišanai, un pirmā vienlaicīgā atklāšana notika 14. augustā, datus apkopojot visiem trim LIGO un Jaunavas instrumentiem. Kā norādīja LK pārstāvis Deivids Shoemakers - Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) pētnieks, šī atklāšana ir tikai pirmais no daudziem paredzētajiem notikumiem.
"Šis ir tikai sākums novērojumiem, kad tīkls, ko nodrošina Jaunava un LIGO, strādā kopā," viņš teica. "Ar nākamo novērošanas braucienu, kas plānots 2018. gada rudenī, mēs varam sagaidīt šādus atklājumus nedēļā vai pat biežāk."
Tas ne tikai nozīmēs, ka zinātniekiem būs labāks nākotnes notikumu atklāšanas kadrs, bet viņi arī spēs tos precīzi noteikt. Faktiski ir sagaidāms, ka pāreja no divu detektoru uz trīs detektoru tīklu palielinās varbūtību, ka rūpnīcā 20 tiks precīzi noteikts GW170814 avots. GW170814 debesu reģions ir tikai 60 kvadrāt grādi - vairāk nekā 10 reizes mazāks nekā tikai ar LIGO interferometru datiem.
Turklāt šī partnerība ir devusi labumu arī attāluma līdz avotam mērīšanas precizitātei. Kā skaidroja Georgia Tech profesore un LK pārstāves vietniece Laura Kadonāti:
“Šī paaugstinātā precizitāte ļaus visai astrofizikas kopienai galu galā veikt vēl aizraujošākus atklājumus, ieskaitot vairāku sūtņu novērojumus. Mazāks meklēšanas apgabals ļauj veikt papildu novērojumus ar teleskopiem un satelītiem kosmiskiem notikumiem, kas rada gravitācijas viļņus un gaismas izstarošanu, piemēram, neitronu zvaigžņu sadursmei. ”
Visbeidzot, vairāk detektoru pievienošana gravitācijas viļņu tīklā ļaus arī detalizētāk pārbaudīt Einšteina vispārējās relativitātes teoriju. Caltech's David H. Reitze, LIGO laboratorijas izpilddirektors, arī uzslavēja jauno partnerību un to, ko tā atļaus.
"Ar šo pirmo kopīgo atklāšanu, ko veic Advanced LIGO un Jaunavas detektori, mēs esam spēruši vienu soli tālāk gravitācijas viļņu kosmosā," viņš teica. "Jaunava sniedz jaunu jaudīgu spēju noteikt un labāk noteikt gravitācijas viļņu avotus, un tas neapšaubāmi nākotnē radīs aizraujošus un negaidītus rezultātus."
Gravitācijas viļņu izpēte ir apliecinājums pasaules zinātnes komandu un interferometrijas zinātnes pieaugošajām spējām. Gadsimtiem ilgi gravitācijas viļņu esamība bija tikai teorija; un gadsimtu mijā visi mēģinājumi tos atklāt nebija devuši neko. Bet tikai pēdējos astoņpadsmit mēnešos ir veikti vairāki atklājumi, un nākamajos gados ir gaidāms vēl desmitiem.
Turklāt, pateicoties jaunajam globālajam tīklam un uzlabotajiem instrumentiem un metodēm, šie notikumi noteikti pastāstīs apjomus par mūsu Visumu un fiziku, kas to pārvalda.
