2016. gada februārī lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) zinātnieki izveidoja vēsturi, paziņojot par pirmo reizi novēroto gravitācijas viļņu (GW) noteikšanu. Šīs viļņus pašā Visuma audumā, ko izraisa melno caurumu apvienošanās vai sadursmes ar baltajiem punduriem, vispirms Einšteina vispārējās relativitātes teorija paredzēja aptuveni pirms gadsimta.
Apmēram pirms gada LIGO divas iespējas tika izmantotas bezsaistē, lai tās detektoriem varētu veikt virkni aparatūras jauninājumu. Kad šie jauninājumi jau ir pabeigti, LIGO nesen paziņoja, ka observatorija tiešsaistē atgriezīsies 1. aprīlī. Tajā brīdī tā zinātnieki sagaida, ka tā paaugstinātā jutība ļaus veikt “gandrīz katru dienu” noteikšanu.
Līdz šim aptuveni trīsarpus gadu laikā ir atklāti pavisam 11 gravitācijas viļņu notikumi. Desmit no tiem notika melno caurumu apvienošanās rezultātā, bet atlikušo signālu izraisīja neitronu zvaigžņu pāris sadursme (kilonovas notikums). Pētot šos notikumus un citus līdzīgus, zinātnieki ir efektīvi uzsākuši jaunu astronomijas laikmetu.
Pēc LIGO jaunināšanas pabeigšanas zinātnieki cer divkāršot atklāto notikumu skaitu nākamajā gadā. Teica Gabriela Gonzaleza, Luiziānas Valsts universitātes fizikas un astronomijas profesore, kura gadiem ilgi pavadīja GW:
“Galileo izgudroja teleskopu vai pirmo reizi izmantoja teleskopu astronomijas veikšanai pirms 400 gadiem. Un šodien mēs joprojām veidojam labākus teleskopus. Es domāju, ka šī desmitgade ir sākusies gravitācijas viļņu astronomijas sākumā. Tātad tas turpinās progresēt ar labākiem detektoriem, ar dažādiem detektoriem, ar vairāk detektoriem. ”
Divi LIGO detektori, kas atrodas Hanfrodā, Vašingtonā un Livingstonā, Luiziānā, sastāv no divām betona caurulēm, kuras ir savienotas pamatnē (veidojot milzu L formu) un sniedzas perpendikulāri viena otrai apmēram 3,2 km (2 jūdzes). Cauruļvadu iekšpusē, lai ārkārtīgi precīzi izmērītu katras rokas garumu, tiek izmantoti divi jaudīgi lāzera stari, kas atlec no spoguļu sērijas.
Tā kā gravitācijas viļņi iziet cauri detektoriem, tie kropļo vietu un izraisa garuma maiņu, ņemot vērā mazāko attālumu (t.i., subatomiskajā līmenī). Kā sacīja LIGO observatorijas Livingstonā (Luiziānā) vadītājs Džozefs Giaime, pēdējie uzlabojumi ietver optiku, kas palielinās lāzera jaudu un samazina “troksni” mērījumos.
Atlikušajā gadā gravitācijas viļņu izpēti veicinās arī tas, ka novērojumus veiks arī trešais detektors (Jaunavas interferometrs Itālijā). LIGO pēdējā novērošanas brauciena laikā, kas ilga no 2016. gada novembra līdz 2017. gada augustam, Jaunava darbojās tikai un bija spējīga piedāvāt atbalstu tā pašās beigās.
Paredzams, ka Japānas KAGRA observatorija tuvākajā laikā darbosies tiešsaistē, ļaujot izveidot vēl spēcīgāku atklāšanas tīklu. Rezultātā tas, ka vairākas observatorijas ir atdalītas ar lielu attālumu visā pasaulē, ļauj ne tikai iegūt lielāku apstiprinājumu, bet arī palīdz sašaurināt iespējamās GW avotu atrašanās vietas.
Nākamajam novērošanas braucienam GW astronomi arī iegūs no sabiedrības trauksmes sistēmas - tā ir kļuvusi par regulāru mūsdienu astronomijas iezīmi. Būtībā, kad LIGO atklāj GW notikumu, komanda izsūtīs trauksmi, lai observatorijas visā pasaulē varētu norādīt savus teleskopus uz avotu - ja notikums rada novērojamas parādības.
Tas noteikti notika ar kilnovas notikumu, kas notika 2017. gadā (pazīstams arī kā GW170817). Pēc tam, kad sadūrās divas neitronu zvaigznes, kas radīja GW, radās spilgts pēcspīdums, kas laika gaitā faktiski kļuva spožāks. Sadursmes rezultātā tika atbrīvotas super ātrās strūklas no materiāla un izveidojās melnais caurums.
Kā norāda MIT gravitācijas viļņu pētnieks Nergis Mavalvala, līdz šim reti sastopamas parādības bija novērojamas parādības, kas saistītas ar GW notikumiem. Turklāt vienmēr pastāv iespēja, ka tiks pamanīts kaut kas pavisam negaidīts, kas zinātniekus satrauks un pārsteigs:
“Mēs esam redzējuši tikai nedaudzo melno caurumu no visiem iespējamiem, kas tur atrodas. Ir daudz, daudz jautājumu, uz kuriem mēs joprojām nezinām, kā atbildēt ... Tā notiek atklāšana. Jūs ieslēdzat jaunu instrumentu, jūs to norādāt uz debesīm un redzat kaut ko tādu, par kuru jums pat nebija ne mazākās nojausmas. ”
Gravitācijas viļņu izpēte ir tikai viena no vairākām revolūcijām, kas šajās dienās notiek astronomijā. Un līdzīgi kā citas pētniecības jomas (piemēram, eksoplanētu pētījumi un agrīnā Visuma novērojumi), tas gūs labumu no gan uzlabotu instrumentu, gan metožu ieviešanas nākamajos gados.
