Pēc ieslēgšanas 2015. gada septembrī LIGO dubultā observatorija - lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas Hanfordā, Vašingtonā un Livingstonā, Luiziānā - vienlaicīgi atklāja divu melno caurumu apvienošanos pirmajā darba sesijā, lai gan to jutīgums tika noteikts 30% no iespējams. Divu melno caurumu 36 un 29 saules masu apvienošana, kas tika atklāta 2015. gada 14. septembrī, un citu melno caurumu apvienošana ar 14. un 8. saules masu masu, kas tika atklāta 2015. gada 26. decembrī, sniedza pirmo noteiktu un tiešu gravitācijas viļņu esamības apstiprinājumu. Lai to izdarītu, bija vajadzīgs gadsimts. Visbeidzot, tehnoloģija spēja pārbaudīt teoriju un to apstiprināt.
Bet šo viļņu atklāšana ir tikai sākums: astronomijā sākas jauns laikmets. Pirms 101 gada Einšteins izvirzīja jaunu gravitācijas teoriju: vispārējo relativitāti. Paralēli tam nāca arī apzināšanās: attālās masas uzreiz visā Visumā nepiesaista līdzīgas, šī matērijas un enerģijas klātbūtne deformē telpas-laika audumu. Šis pilnīgi jaunais smaguma attēls radīja virkni neparedzētu seku, ieskaitot gravitācijas lēca, paplašināms Visums, gravitācijas laika dilatācija un - kā mēs tagad droši zinām - jauna veida starojums: gravitācijas viļņi. Kad masas pārvietojas vai paātrinās attiecībā pret otru caur kosmosu, pašas telpas reakcija rada viļņus. Šī pulsācija pārvietojas pa telpu ar gaismas ātrumu un rezultātā iekrīt mūsu detektoros,caur gravitācijas viļņiem informē mūs par attāliem notikumiem.
Visvieglāk ir atklāt objektus, kas izstaro spēcīgus signālus, proti:
- lielas masas, - atrodas nelielā attālumā viens no otra, - ātri rotējoša, Reklāmas video:
- ar ievērojami mainīgām orbītām.
Labākie kandidāti acīmredzami saduras, sabrūk tādi objekti kā melnie caurumi un neitronu zvaigznes. Mums arī jāpatur prātā, cik bieži mēs varam atklāt šos objektus, un tas aptuveni būs vienāds ar detektora ceļa garumu (rokas garums un atstarojumu skaits), kas dalīts ar gaismas ātrumu.
LIGO ar saviem 4 kilometru ieročiem ar tūkstošiem gaismas atstarojumu var redzēt objektus ar frekvencēm milisekundēs. Tas ietver melno caurumu un neitronu zvaigžņu apvienošanu pēdējā apvienošanās posmā, kā arī tādus eksotiskus notikumus kā melnie caurumi vai neitronu zvaigznes, kas patērē lielu vielas daļu un gurķi, kļūstot sfēriskākiem. Ļoti asimetriska supernova var radīt arī gravitācijas vilni; maz ticams, ka kodols sabruks gravitācijas viļņu detektoros, jo tuvumā esošās balto punduru zvaigznes varētu labi apvienoties.
Mēs jau esam redzējuši melno caurumu apvienošanu ar melnajiem caurumiem, un, uzlabojoties LIGO, ir pamatoti uzskatīt, ka tuvāko gadu laikā mums būs pirmās paaudzes aplēses par zvaigžņu masu melnajiem caurumiem (no dažiem līdz simtiem saules masu). LIGO jāatrod arī neitronu zvaigžņu apvienošanās ar neitronu zvaigznēm; kad observatorijas sasniegs plānoto jutīgumu, viņi varēs novērot trīs līdz četrus notikumus mēnesī, ja mūsu aprēķini par apvienošanās biežumu un LIGO jutīgumu ir pareizi.
Eksotisko neitronu caurumu asimetriskās supernovas un burbuļošanu būs ārkārtīgi interesanti atklāt (ja iespējams, jo tiek uzskatīts, ka tie ir reti gadījumi). Bet lielākie sasniegumi ir gaidāmi ar vairāk detektoriem. Kad VIRGO detektors sāks darboties Itālijā, būs iespējama reāla pozicionēšana, izmantojot trīsstūrveida iestatījumus: mēs varēsim precīzi noteikt, kur šie notikumi rodas kosmosā, un pēc tam veikt optiskos mērījumus. VIRGO sekos gravitācijas viļņu interferometri Japānā un Indijā. Pēc dažiem gadiem mūsu redzējums par gravitācijas viļņu debesīm sasniegs jaunu līmeni.
Bet mūsu lielākie panākumi sāksies, kad kosmosā ienesīsim savas gravitācijas viļņa ambīcijas. Kosmosā jūs neaprobežojaties tikai ar seismisko troksni, kravas automašīnu avārijām vai plākšņu tektoniku; tikai kluss kosmosa vakuums fonā. Tevi neierobežo Zemes izliekums, iespējamais observatorijas ieroču garums; observatoriju ir iespējams palaist tālāk no Zemes vai pat orbītā ap Sauli. Objektus mēs varētu izmērīt nevis pēc milisekundēm, bet gan sekundēm, dienām, nedēļām vai ilgāk. Gravitācijas viļņus mēs varētu atklāt no supermasīvajiem melnajiem caurumiem, ieskaitot lielākos zināmos objektus Visumā.
Visbeidzot, ja mēs uzbūvētu pietiekami lielu un pietiekami jūtīgu kosmosa observatoriju, mēs varētu redzēt gravitācijas viļņus, kas palikuši no paša Lielā sprādziena. Mēs varētu tieši atklāt kosmiskās inflācijas gravitācijas perturbācijas un ne tikai apstiprināt mūsu kosmisko izcelsmi, bet arī pierādīt, ka gravitācija pati par sevi ir dabas kvantu spēks. Galu galā šie inflācijas gravitācijas viļņi nevarēja parādīties, ja gravitācija pati par sevi nebija kvantu lauks.
Pašlaik notiek debates par to, kura NASA misija būs prioritāte 2030. gados. Kaut arī tiek piedāvātas daudzas labas misijas, ir vērts atzīmēt kosmiskās gravitācijas viļņu observatorijas celtniecību orbītā ap sauli. Mums ir tehnoloģija, mēs esam pierādījuši tās praktiskumu, esam apstiprinājuši viļņu esamību. Gravitācijas viļņu astronomijas nākotni ierobežo tikai tas, ko pats Visums var mums nodrošināt un cik daudz mēs tam tērēsim. Jaunā laikmeta ziedonis jau ir sācies. Paliek jautājums, cik spilgti spīdēs šī jaunā astronomijas lauks.
ILYA KHEL