Проект LIGO – поиск гравитационных волн

Как следует из анонсированных на прошедшей неделе результатов грандиозного эксперимента, инициированного с целью обнаружения гравитационных волн, пока усилия не увенчались успехом. Но вместо разочарования физики говорят, что такой итог был ожидаем, и позволил сузить вероятные сценарии развития Вселенной сразу после ее появления.

Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория совместных научных проектов (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory Scientific Collaboration, LIGO) – это набор инструментов в Луизиане и Вашингтоне, созданных для поиска признаков гравитационных волн, пронизывающих пространство-время и порождаемых ускорением массы. До сих пор они не были зафиксированы, но предсказаны Общей теорией относительности (ОТО) Эйнштейна и должны быть распространены в космосе. В теории, каждый раз при ускорении массы – даже во время поднятия со стула – кривизна пространства-времени изменяется, и возникает волнообразное возмущение. Однако эффект от человека слишком мал, чтобы принимать его в расчет. Гравитационные волны от больших объектов, таких как участвующие в столкновении две черные дыры или взрывающаяся сверхновая звезда, достаточны для детектирования.

Проект LIGO работает всего несколько лет – новые результаты базируются на измерениях, проведенных между 2005 и 2007 годами – и еще не достиг пика чувствительности. Факт отсутствия в начальном периоде наблюдений результатов позволяет ученым исключить вероятность существования гравитационных волн выше определенного амплитудного порога. Проще говоря, если бы существовали волны, достаточно большие, чтобы быть обнаруженными LIGO, они были бы найдены. Иначе таковых нет. "Я бы не сказал, что удивлен исключением диапазона из поиска", - говорит физик из Университета Миннесоты (University of Minnesota) Вак Мэндик (Vuk Mandic), возглавляющий новый анализ. Большинство физиков уверены, что вряд ли существуют волны, превышающие условный порог.

В ходе следующей стадии проекта под названием Advanced LIGO ("Продвинутая LIGO ") будет увеличена чувствительность эксперимента, позволив ученым обозревать в 1000 раз большее пространство, чем сейчас. "Если усовершенствованные инструменты не зафиксируют гравитационные волны, я думаю люди будут очень удивлены, - заявил Мэндик. – Тогда придется пересматривать ОТО". В частности, исследователи надеются наконец найти следы Большого взрыва – события, положившего начало Вселенной. Согласно теории, он должен был спровоцировать целый океан волн, которые все еще можно увидеть. Это разнообразие многих волн различных размеров и направлений движения, накладываемых друг на друга, почти как в озере под дождем, называется "стохастическим фоном". Нынешние нулевые результаты LIGO лимитируют силу этого фона и предоставляют ученым возможность ограничить версии того, как Вселенная выглядела в ранние моменты после зарождения. "Волнующим здесь является то, что это единственный путь заглянуть в раннюю Вселенную, - говорит физик из Университета Флориды (University of Florida) Дэвид Райтз (David Reitze). – Это начало процесса исключения некоторых экзотических моделей космологии". Например, отдельные варианты предсказывают существование космических струн, вращающихся в пространстве-времени, сформировавшихся на ранних этапах и увеличивающихся в масштабах с расширением Вселенной. Эти объекты должны производить порции гравитационных волн при колебании. Поскольку таковых с большой амплитудой не обнаружено, космические струны, если являются реальностью, обладают меньшими размерами.

LIGO включает ряд L-образных детекторов, в каждом из которых лазерный луч делится надвое, и каждая часть следует по одному из рукавов. В итоге лучи встречаются. Если оба преодолели одинаковое расстояние по раздельным путям, они перекроются идеально. Гравитационные волны должны растягивать и сжимать пространство-время перпендикулярно к плоскости волны. Если достаточно сильная волна пересечет участок с детекторами, это растянет один из рукавов сооружения и сожмет другой, сместив первый лазерный луч относительно второго. Таким образом мощность результирующего луча немного снизится. Когда одинаковый сигнал будет зарегистрирован в Луизиане и Вашингтоне, ученые смогут исключить случайные влияния на результаты.