• Главная
  • Наука
  • Космос
  • Астрономы засекли самое мощное столкновение черных дыр. Но что, если это всего лишь иллюзия?


Астрономы засекли самое мощное столкновение черных дыр. Но что, если это всего лишь иллюзия?

На семинаре Gravitational Waves Physics and Astronomy в Университете Мэриленда ученые рассказали о четырех новых зарегистрированных сигналах гравитационных волн. Таким образом, общее число обнаружений достигло 11. А ведь прошел всего месяц с того момента, как возникли сомнения в достоверности первичного открытия. Так насколько мы уверены в наблюдениях? Может, гравитационные волны — это лишь иллюзия?

Астрономы засекли самое мощное столкновение черных дыр. Но что, если это всего лишь иллюзия?
(LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State/Aurore Simonnet)

Гравитационные волны десяти обнаружений произошли от слияния бинарных черных дыр, еще одни — от слияния двух нейтронных звезд. Одно из слияний черных дыр произошло невероятно далеко от нас; это был самый мощный взрыв за все время астрономических наблюдений.

Но буквально месяц назад в журнале New Scientist вышла статья под заголовком “Эксклюзив: Серьезные сомнения в достоверности открытия LIGO гравитационных волн”, поднявшая вопрос “а что, если это все иллюзия?”.

Под прицелом сомнений

Все хорошие ученые понимают, что дотошность и скептицизмявляются силой науки. Все теории и все знания являются, так сказать, предварительными, а наука постепенно доказывает и опровергает, помогая нам узнавать истину. Уверенности нет, лишь вероятности и статистическая значимость.

Несколько лет назад команда, которая занимается поиском гравитационных волн в лазерно-интерферометрической обсерватории LIGO, определила уровень статистической значимости, необходимый для заявления об открытии. 

Для каждого сигнала определяется вероятность ложной тревоги. По сути это количество лет, которые придется прождать, прежде чем возникнет значимый шанс, что случайный сигнал сымитирует настоящий.

Самый слабый из зарегистрированных сигналов обладал вероятностью ложной тревоги всего в 5 лет, то есть он все же мог быть случайным. Но другие сигналы были намного сильнее. У трех сильнейших такая вероятность разнится от 1 000 до 10 миллиардов миллиардов возрастов Вселенной.

Что же слышат ученые?

Обнаружение гравитационных волн можно сравнить с акустической орнитологией.

Представьте, что вы изучаете птиц и хотите определить их популяцию в лесу. И вы знаете голоса разных видов.

Когда птичий напев совпадает с известным вам, вы радуетесь и измеряете его громкость. Так вы определяете, насколько далеко находится поющая особь. Но если голосок очень тихий и почти сливается с другими звуками леса, возникает неуверенность. А нужно ведь еще и учесть птиц-лир, которые очень успешно пародирует голоса других птиц.

При изучении гравитационных волн ученые используют шаблоны. Существует один уникальный звук слияния у любой возможной комбинации масс и скоростей вращения черных дыр. Каждый из этих шаблонов высчитывали по теории Эйнштейна.

Для поиска используются два детектора LIGO в США и третий детектор, Virgo, в Италии. Чтобы избежать ошибок, результаты всех наблюдений обсуждаются и анализируются огромными командами ученых, которые критикуют друг друга, раз за разом пересматривают компьютерные коды и лишь после долгих обсуждений выдвигают своих кандидатов к публикации.

Разные команды используют разные методы анализа и затем сравнивают результаты. Важную роль играет и воспроизводимость.

Обнаруженные сигналы

До того, как ученые LIGO публично сообщили об открытии гравитационных волн, были зарегистрированы еще два сигнала, каждый из которых поймали сразу два детектора. Это помогло ученым обрести уверенность, ведь это подтверждало, что глубоко в космосе существует целая популяция сливающихся черных дыр, и сигнал не является одиночным случайным (и возможно ложным) событием.

Самая первая пойманная гравитационная волна была невероятно громкой и точно совпала с шаблоном. Она была настолько идеальной, что специалисты LIGO потратили несколько недель на то, чтобы убедиться, что открытие не является шуткой залетного хакера.

И хотя ученые в итоге смогли убедить себя, что это было истинным открытием, последующие обнаружения помогли укрепить уверенность.

В августе 2017 года сигнал был пойман всеми тремя детекторами — двумя LIGO в США и Virgo в Италии.

17 августа 2017 года был впервые зарегистрирован абсолютно иной, но не менее долгожданный сигнал от слияния двух нейтронных звезд. Его сопровождал предсказанный взрыв гамма-лучей и света.

Слияния черных дыр

Сейчас LIGO-Virgo завершили анализ всех данных, собранных с сентября 2015 года.

Для каждого сигнала была определена масса двух черных дыр, масса итоговой черной дыры, и довольно неточно, но все же расстояние и направление.

Каждый из сигналов был пойман двумя или всеми тремя детекторами почти одновременно (разница не превышала несколько миллисекунд).

Масса самой большой черной дыры была близка к 50 солнечным. Восемь из 20 исходных имели массу от 30 до 40 солнечных масс, шесть — больше 20, три — больше 10, и лишь у двух массы равнялись 7 и 8 солнечным.

Эти числа впоследствии помогут ученым определить, где и как сформировались эти черные дыры и сколько их вообще во Вселенной. Но для ответов на эти глобальные вопросы потребуется еще немало наблюдений.

Астрономы засекли самое мощное столкновение черных дыр. Но что, если это всего лишь иллюзия?
(LIGO-Virgo / Frank Elavsky / Northwestern)

Самый слабый из новых сигналов, GW170729, был зарегистрирован 29 июля 2017 года. Это было столкновение черной дыры массой около 50 солнечных и другой дыры массой около 34 солнечных. Событие было значительно более далеким, чем все остальные наблюдения, — оно произошло (скорее всего) 5 млрд лет назад, то есть еще до рождения Земли и всей Солнечной системы (4.6 млрд лет назад). Несмотря на слабость сигнала, событие вызвало сильнейший гравитационный взрыв за все время наблюдений.

Впрочем, слабость сигнала означает и высокую вероятность ложной тревоги — всего 5 лет.

С каждым годом LIGO и Virgo улучшают чувствительность приборов. Сейчас разрабатываются новые детекторы, которые повысят чувствительность в 10 раз. Ученые надеются, что тогда сигналы будут регистрироваться каждые 5 минут.

Хотите читать нас в Viber? Просто сосканируйте код с экрана вашим телефоном, или пройдите по ссылке:

Астрономы засекли самое мощное столкновение черных дыр. Но что, если это всего лишь иллюзия?

 — 

Материал написан по статье Дэвида Блэра, почетного профессора в Центре обнаружения гравитационных волн ARC (OzGrav) при Университете Западной Австралии.


Следующее: Опубликована инфографика всех зарегистрированных сигналов гравитационных волн

Предыдущее: Опубликована инфографика всех зарегистрированных сигналов гравитационных волн



Поделиться!