Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин

в ночное небо, то увидите звёзды. Посмотрев дальше, увидите ещё больше звёзд. Дальше вам откроются галактики. Ещё дальше – больше галактик. Глядя дальше и дальше, долгое время вы ничего не сможете увидеть. Но, в конце концов, заметите слабое послесвечение. Это послесвечение Большого взрыва. Мы с захватывающей точностью отметили это послесвечение на карте Вселенной. И нас вот что шокировало – послесвечение практически полностью однородно.

14 млрд лет в каждую сторону мы имеем практически одну и ту же температуру. Мы находимся как бы в пузырьке. И это захватывает! Но недавно учёные открыли кое-что куда круче. Представьте, что вы молотом ударили в колокол, – он зазвенел. Звон будет угасать, пока не угаснет совсем. То же происходит со Вселенной. Она была сжата в одну точку, пока по ней не «ударили». При этом звоном является структура пространства-времени, а молотом – квантовая механика.

Этим звоном и являются гравитационные волны, которые были открыты. Это открытие в очередной раз подтверждает теорию о постоянно расширяющейся Вселенной, включая идею о «пузырьке». Но по-настоящему безумная идея состоит в том, что наш «пузырёк» не единственный. Он – один из бесконечного числа «пузырьков», находящихся в бурлящем котле Вселенной. Пока мы только предполагаем, но, работая и занимаясь наукой, мы когда-нибудь сможем с уверенностью сказать, что наша Вселенная примерно так и выглядит. Это просто потрясающе!»

Нам сейчас необходимо быть до предела дерзкими. Благодаря ЛИГО мы теперь знаем, как строить точнейшие детекторы, которые позволяют нам слушать шёпот космоса. Мы должны и дальше мечтать о постройке ещё более совершенных обсерваторий – на Земле и в космосе. Мы должны задаться целью услышать Большой взрыв.

Представляете, насколько сложно было сделать это открытие? Только вдумайтесь: речь идёт об измерении крайне быстрых и кратковременных колебаний расстояния между неподвижными объектами детектора, вызванных искажениями самой ткани пространства и имеющих амплитуду меньше, чем размер атомного ядра!

Главное, что следует усвоить с самого начала: факт существования гравитационных волн с момента их описания никем никто из специалистов не ставился под сомнение. При этом каждый скажет, что было бы крайне интересно, если бы их вдруг не обнаружили, что это означало бы: либо теория относительности неверна, либо мы абсолютно неправильно понимаем природу Вселенной.

Но их гравитационные волны все-таки обнаружили!

Что принесло открытие гравитационных волн?

Фиксация гравитационных волн подтвердила огромное количество разнообразных представлений, главенствующих в физике и астрономии. Теория относительности в очередной раз подтвердилась!

Подтвердилось существование чёрных дыр (фото было получено позже).

Подтвердились представления об эволюции и конечной стадии двойных звёздных систем.

В общей сложности нашли своё подтверждение все (!) предсказания в физике, астрономии и астрофизике, сделанные в течение последних, на минуточку, 100 лет.

Таким образом, для всех, кто хоть немного связан с наукой или увлечён ею, становится очевидным, что она (наука) движется в правильном направлении, строго следуя логике, наблюдениям и экспериментам. Вселенная познаваема! Это крайне важно знать в наше время, когда невежество и мистицизм вновь набирают обороты.

Что даст это открытие в будущем?

Сделать такой прогноз очень непросто. Точно можно сказать одно: в астрономии освоение каждого нового диапазона излучения всегда приводило к открытию новых объектов и явлений. Именно поэтому при открытии нового излучения астрономы всегда говорят о новом окне во Вселенную.

Так, от визуальных наблюдений мы постепенно переходили к рентгеновскому, инфракрасному и радиодиапазонам. Затем в качестве нового способа познания появились космические лучи. Нейтрино стали последним способом получения информации о Вселенной. Появился даже подраздел «нейтринная астрономия». Теперь же астрономия станет гравитационно-волновой.

В конце концов, Генрих Герц после обнаружения электромагнитных волн посчитал их бессмысленными. А мы сегодня пользуемся телефонами, смотрим телевизор и используем навигаторы, чтобы не заблудиться в незнакомом городе. Как знать, вполне вероятно, что именно гравитационные волны станут началом реального освоения человечеством Вселенной.

Есть и ещё одна очень интересная аналогия. В коллайдерах мы сталкиваем элементарные частицы, чтобы понять не только их устройство, но и, собственно, устройство Вселенной. Теперь же, только представьте, мы имеем возможность наблюдать, к примеру, столкновения нейтронных звёзд, чтобы понять, как устроены уже они. Так мы познаём, опять же, Вселенную, но в принципиально других масштабах.

Гравитационные волны помогут сформировать карту ближайшей Вселенной и обнаружить тёмную материю

Галактики-спутники Млечного Пути представляют огромный интерес для космологии, фундаментальной физики и астрофизики. Однако из-за крайне низкой светимости их невероятно сложно обнаружить. Собственно, из достоверно подтверждённых галактик есть лишь 15. Хотя некоторые исследования показывают, что на самом деле галактик может насчитываться от нескольких сотен до более тысячи (Michael T. Busha, 2010). К примеру, яркость нашей галактики не даёт нам нормально увидеть галактику Андромеды, хотя её угловые размеры в 6 раз больше Луны.

Пользователь Reddit наглядно продемонстрировал, какая красота скрывается за светом наших звёзд

Всё это невероятно затрудняет изучение Вселенной. Гравитационно-волновая астрономия, как мы уже говорили, сможет дать невероятный прорыв в этом направлении. Между тем к настоящему времени ещё не разработаны инструменты для её реализации. LIGO и VIRGO – это детекторы гравитационных волн, доказавшие их существование. Эти детекторы используют сейчас для обнаружения только высокочастотных гравитационных волн. Одним из инструментов, способных фиксировать среднечастотные ГВ, должна стать Laser Interferometer Space Antenna (Лазерная интерферометрическая космическая антенна), запуск которой запланирован на 2034 год. Правда, существует вероятность, что он будет перенесён на 2029 год. Собственно говоря, в декабре 2015 года был запущен спутник LISA Pathfinder, предназначенный для отработки некоторых решений для оборудования LISA и показавший реализуемость проекта LISA.

Так для чего всё это нужно?

Гравитационно-волновая астрономия позволит заглянуть за пределы той физики, в границы которой мы упёрлись из-за недостаточной чувствительности создаваемых сегодня приборов. Так, к примеру, мы фиксируем гравитационные взаимодействия между нашей Галактикой и её спутниками (Alis J. Deason, 2020), но не видим абсолютное большинство из них (Elinore Roebber, 2020). Это мешает нам составлять более точные модели для изучения всё той же гравитации или тёмных материи и энергии.

Кроме того, учёные предполагают, что крайне низкая светимость галактик-спутников объясняется тем, что они состоят в основном из самых старых и бедных металлами звёзд, что даст нам возможность изучать ранние этапы эволюции Вселенной.

В конце концов, мы сможем составить более подробную карту собственной Галактики. Ведь сейчас мы имеем лишь приближённую модель.

Кому полезно открытие гравитационных