Na quinta-feira, 11 de fevereiro, um grupo de cientistas do projeto internacional LIGO Scientific Collaboration anunciou que teve sucesso, cuja existência foi prevista por Albert Einstein em 1916. Segundo os pesquisadores, em 14 de setembro de 2015, eles registraram uma onda gravitacional, causada pela colisão de dois buracos negros com massa de 29 e 36 vezes a massa do Sol, após o que se fundiram em um grande buraco negro . Segundo eles, isso aconteceu supostamente há 1,3 bilhão de anos a uma distância de 410 Megaparsecs de nossa galáxia.

LIGA.net falou em detalhes sobre ondas gravitacionais e uma descoberta em larga escala Bohdan Hnatyk, cientista ucraniano, astrofísico, doutor em ciências físicas e matemáticas, pesquisador principal do Observatório Astronômico da Universidade Nacional Taras Shevchenko de Kyiv, que chefiou o observatório de 2001 a 2004.

Teoria em linguagem simples

A física estuda a interação entre os corpos. Foi estabelecido que existem quatro tipos de interação entre os corpos: eletromagnética, interação nuclear forte e fraca e interação gravitacional, que todos nós sentimos. Devido à interação gravitacional, os planetas giram em torno do Sol, os corpos têm peso e caem no chão. Os seres humanos são constantemente confrontados com a interação gravitacional.

Em 1916, 100 anos atrás, Albert Einstein construiu uma teoria da gravidade que melhorou a teoria da gravidade de Newton, tornou-a matematicamente correta: começou a atender a todos os requisitos da física, começou a levar em conta o fato de que a gravidade se propaga a uma velocidade muito alta , mas velocidade finita. Esta é justamente uma das conquistas mais ambiciosas de Einstein, pois ele construiu uma teoria da gravidade que corresponde a todos os fenômenos da física que observamos hoje.

Essa teoria também sugeriu a existência ondas gravitacionais. A base dessa previsão foi que as ondas gravitacionais existem como resultado da interação gravitacional que ocorre devido à fusão de dois corpos massivos.

O que é uma onda gravitacional

Em uma linguagem complexa, esta é a excitação da métrica espaço-tempo. "Digamos que o espaço tem uma certa elasticidade e as ondas podem passar por ele. É como quando jogamos uma pedra na água e as ondas se espalham", disse o Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas ao LIGA.net.

Os cientistas conseguiram provar experimentalmente que tal flutuação ocorreu no Universo e uma onda gravitacional correu em todas as direções. “Pela primeira vez, o fenômeno de uma evolução tão catastrófica de um sistema binário foi registrado por um método astrofísico, quando dois objetos se fundem em um, e essa fusão leva a uma liberação muito intensa de energia gravitacional, que então se propaga no espaço em na forma de ondas gravitacionais”, explicou o cientista.

Como é (foto - EPA)

Essas ondas gravitacionais são muito fracas e para que possam oscilar no espaço-tempo é necessária a interação de corpos muito grandes e massivos para que a força do campo gravitacional seja grande no local de geração. Mas, apesar de sua fraqueza, o observador após um certo tempo (igual à distância até a interação dividida pela velocidade do sinal) registrará essa onda gravitacional.

Vamos dar um exemplo: se a Terra caísse sobre o Sol, ocorreria uma interação gravitacional: a energia gravitacional seria liberada, uma onda gravitacional esfericamente simétrica se formaria, e o observador poderia registrá-la. "Aqui, ocorreu um fenômeno semelhante, mas único, do ponto de vista da astrofísica: dois corpos massivos - dois buracos negros - colidiram", observou Gnatyk.

De volta à teoria

Um buraco negro é outra previsão da teoria geral da relatividade de Einstein, que prevê que um corpo que tem uma massa enorme, mas essa massa está concentrada em um volume pequeno, pode distorcer significativamente o espaço ao seu redor, até o seu fechamento. Ou seja, assumiu-se que quando uma concentração crítica da massa desse corpo for atingida - tal que o tamanho do corpo seja menor que o chamado raio gravitacional, então o espaço se fechará em torno desse corpo e sua topologia será ser tal que nenhum sinal dele se espalhe para fora do espaço fechado não pode.

“Ou seja, um buraco negro, em termos simples, é um objeto massivo que é tão pesado que fecha o espaço-tempo em torno de si mesmo”, diz o cientista.

E nós, segundo ele, podemos enviar qualquer sinal para esse objeto, mas ele não pode nos enviar. Ou seja, nenhum sinal pode ir além do buraco negro.

Um buraco negro vive de acordo com as leis físicas usuais, mas como resultado da forte gravidade, nem um único corpo material, mesmo um fóton, é capaz de ir além dessa superfície crítica. Os buracos negros são formados durante a evolução das estrelas comuns, quando o núcleo central colapsa e parte da matéria da estrela, colapsando, se transforma em um buraco negro, e a outra parte da estrela é ejetada na forma de uma concha de supernova, transformando-se em o chamado "flash" de uma supernova.

Como vimos a onda gravitacional

Vamos dar um exemplo. Quando temos dois flutuadores na superfície da água e a água está calma, a distância entre eles é constante. Quando uma onda vem, ela desloca essas bóias e a distância entre as bóias muda. A onda passou - e os flutuadores retornam às suas posições anteriores, e a distância entre eles é restaurada.

Uma onda gravitacional se propaga de maneira semelhante no espaço-tempo: comprime e estica os corpos e objetos que se encontram em seu caminho. “Quando um determinado objeto é encontrado no caminho de uma onda, ele se deforma ao longo de seus eixos e, após sua passagem, retorna à sua forma anterior. Sob a influência de uma onda gravitacional, todos os corpos são deformados, mas essas deformações são muito insignificante”, diz Hnatyk.

Quando a onda passou, o que foi registrado pelos cientistas, o tamanho relativo dos corpos no espaço mudou por um valor da ordem de 1 vezes 10 elevado a menos 21. Por exemplo, se você pegar uma régua de metro, ela encolheu de tal forma que era seu tamanho, multiplicado por 10 ao menos 21º grau. Esta é uma quantidade muito pequena. E o problema foi que os cientistas tiveram que aprender a medir essa distância. Os métodos convencionais deram uma precisão da ordem de 1 a 10 elevado à 9ª potência de um milhão, mas aqui é necessária uma precisão muito maior. Para isso, criaram as chamadas antenas gravitacionais (detectores de ondas gravitacionais).

Observatório LIGO (foto - EPA)

A antena que registrava as ondas gravitacionais é construída desta forma: são dois tubos, com cerca de 4 quilômetros de comprimento, dispostos no formato da letra "L", mas com os mesmos braços e em ângulos retos. Quando uma onda gravitacional incide sobre o sistema, ela deforma as asas da antena, mas dependendo de sua orientação, deforma uma mais e outra menos. E então há uma diferença de caminho, o padrão de interferência do sinal muda - há uma amplitude total positiva ou negativa.

“Ou seja, a passagem de uma onda gravitacional é semelhante a uma onda na água que passa entre dois flutuadores: se medissemos a distância entre eles durante e após a passagem da onda, veríamos que a distância mudaria, e então se tornaria o mesmo de novo”, disse Gnatyk.

Ele também mede a mudança relativa na distância das duas asas do interferômetro, cada uma com cerca de 4 quilômetros de comprimento. E apenas tecnologias e sistemas muito precisos podem medir esse deslocamento microscópico das asas causado por uma onda gravitacional.

No limite do universo: de onde veio a onda

Os cientistas registraram o sinal usando dois detectores, que nos Estados Unidos estão localizados em dois estados: Louisiana e Washington a uma distância de cerca de 3 mil quilômetros. Os cientistas conseguiram estimar de onde e de que distância veio esse sinal. As estimativas mostram que o sinal veio de uma distância de 410 Megaparsecs. Um megaparsec é a distância que a luz percorre em três milhões de anos.

Para facilitar a imaginação: a galáxia ativa mais próxima de nós com um buraco negro supermassivo no centro é a Centaurus A, que está a quatro Megaparsecs da nossa, enquanto a Nebulosa de Andrômeda está a uma distância de 0,7 Megaparsecs. "Ou seja, a distância de onde veio o sinal da onda gravitacional é tão grande que o sinal chegou à Terra por cerca de 1,3 bilhão de anos. São distâncias cosmológicas que atingem cerca de 10% do horizonte do nosso Universo", disse o cientista.

A essa distância, em alguma galáxia distante, dois buracos negros se fundiram. Esses orifícios, por um lado, eram relativamente pequenos em tamanho e, por outro lado, a grande amplitude do sinal indica que eles eram muito pesados. Foi estabelecido que suas massas eram respectivamente 36 e 29 massas solares. A massa do Sol, como você sabe, é um valor que é igual a 2 vezes 10 elevado à 30ª potência de um quilograma. Após a fusão, esses dois corpos se fundiram e agora em seu lugar se formou um único buraco negro, que tem uma massa igual a 62 massas solares. Ao mesmo tempo, aproximadamente três massas do Sol se espalharam na forma de energia das ondas gravitacionais.

Quem fez a descoberta e quando

Cientistas do projeto internacional LIGO conseguiram detectar uma onda gravitacional em 14 de setembro de 2015. LIGO (Observatório de Gravitação por Interferometria a Laser)é um projeto internacional em que participam vários estados que fizeram uma certa contribuição financeira e científica, em particular os EUA, Itália, Japão, que estão avançados no campo desses estudos.

Professores Rainer Weiss e Kip Thorne (foto - EPA)

A seguinte imagem foi registrada: houve um deslocamento das asas do detector gravitacional, como resultado da passagem real de uma onda gravitacional pelo nosso planeta e por esta instalação. Isso não foi relatado então, pois o sinal tinha que ser processado, "limpo", sua amplitude encontrada e verificada. Este é um procedimento padrão: desde uma descoberta real até o anúncio de uma descoberta, leva vários meses para emitir uma reclamação válida. "Ninguém quer estragar sua reputação. Esses são todos dados secretos, antes da publicação - ninguém sabia sobre eles, havia apenas rumores", disse Hnatyk.

História

As ondas gravitacionais vêm sendo estudadas desde os anos 70 do século passado. Durante esse período, vários detectores foram criados e vários estudos fundamentais foram realizados. Nos anos 80, o cientista americano Joseph Weber construiu a primeira antena gravitacional na forma de um cilindro de alumínio, que tinha um tamanho da ordem de vários metros, equipado com sensores piezo que deveriam registrar a passagem de uma onda gravitacional.

A sensibilidade deste instrumento era um milhão de vezes pior do que os detectores atuais. E, é claro, ele não conseguiu realmente consertar a onda naquele momento, embora Weber tenha dito que o fez: a imprensa escreveu sobre isso e ocorreu um "boom gravitacional" - o mundo imediatamente começou a construir antenas gravitacionais. Weber incentivou outros cientistas a estudar as ondas gravitacionais e continuar seus experimentos sobre esse fenômeno, o que possibilitou aumentar a sensibilidade dos detectores em um milhão de vezes.

No entanto, o próprio fenômeno das ondas gravitacionais foi registrado no século passado, quando os cientistas descobriram um pulsar duplo. Foi um registro indireto da existência de ondas gravitacionais, comprovado através de observações astronômicas. O pulsar foi descoberto por Russell Hulse e Joseph Taylor em 1974 enquanto observavam com o radiotelescópio do Observatório de Arecibo. Os cientistas receberam o Prêmio Nobel em 1993 "pela descoberta de um novo tipo de pulsar, que deu novas oportunidades no estudo da gravidade".

Pesquisa no mundo e na Ucrânia

Na Itália, um projeto semelhante chamado Virgo está próximo de ser concluído. O Japão também pretende lançar um detector semelhante em um ano, a Índia também está preparando um experimento desse tipo. Ou seja, em muitas partes do mundo existem detectores semelhantes, mas eles ainda não atingiram esse modo de sensibilidade para que possamos falar em fixação de ondas gravitacionais.

"Oficialmente, a Ucrânia não é membro do LIGO e também não participa dos projetos italiano e japonês. Entre essas áreas fundamentais, a Ucrânia está agora participando do projeto LHC (LHC - Large Hadron Collider) e do CERN" (vamos oficialmente torne-se membro somente após pagar a taxa de entrada) ", - Bogdan Gnatyk, Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, disse à LIGA.net.

Segundo ele, desde 2015 a Ucrânia é membro pleno da colaboração internacional CTA (MChT-Cherenkov Telescope Array), que está construindo um moderno telescópio multi TeV ampla faixa gama (com energias de fótons de até 1014 eV). "As principais fontes de tais fótons são precisamente a vizinhança de buracos negros supermassivos, cuja radiação gravitacional foi registrada pela primeira vez pelo detector LIGO. Portanto, a abertura de novas janelas em astronomia - ondas gravitacionais e multi TeV novo campo eletromagnético nos promete muitas outras descobertas no futuro”, acrescenta o cientista.

O que vem a seguir e como o novo conhecimento ajudará as pessoas? Os estudiosos discordam. Alguns dizem que este é apenas mais um passo na compreensão dos mecanismos do universo. Outros veem isso como os primeiros passos em direção a novas tecnologias para se mover no tempo e no espaço. De uma forma ou de outra, essa descoberta provou mais uma vez o quão pouco entendemos e o quanto ainda há para ser aprendido.

A principal diferença é que, enquanto o som precisa de um meio para viajar, as ondas gravitacionais movem o meio – neste caso, o próprio espaço-tempo. “Eles literalmente esmagam e esticam o tecido do espaço-tempo”, diz Chiara Mingarelli, astrofísica de ondas gravitacionais do Caltech. Para nossos ouvidos, as ondas detectadas pelo LIGO soarão como um gorgolejo.

Como exatamente essa revolução acontecerá? O LIGO atualmente possui dois detectores que atuam como "ouvidos" para os cientistas, e haverá mais detectores no futuro. E se o LIGO foi o primeiro a descobrir, certamente não será o único. Existem muitos tipos de ondas gravitacionais. Na verdade, existe todo um espectro deles, assim como existem diferentes tipos de luz, com diferentes comprimentos de onda, no espectro eletromagnético. Portanto, outras colaborações começarão a caçar ondas com uma frequência para a qual o LIGO não foi projetado.

Mingarelli trabalha com a colaboração NanoGRAV (North American Nanohertz Gravitational Wave Observatory), parte de um grande consórcio internacional que inclui o European Pulsar Timing Array e o Parkes Pulsar Timing Array na Austrália. Como o nome sugere, os cientistas do NanoGRAV caçam ondas gravitacionais de baixa frequência no modo de 1 a 10 nanohertz; A sensibilidade do LIGO está na parte quilohertz (audível) do espectro, procurando comprimentos de onda muito longos.


Esta colaboração é baseada em dados de pulsar coletados pelo Observatório de Arecibo em Porto Rico e pelo Green Bank Telescope na Virgínia Ocidental. Os pulsares são estrelas de nêutrons em rotação rápida que se formam quando estrelas mais massivas que o Sol explodem e colapsam em si mesmas. Eles giram cada vez mais rápido à medida que são comprimidos, assim como um peso na ponta de uma corda gira mais rápido quanto mais curta a corda fica.

Eles também emitem rajadas poderosas de radiação enquanto giram, como um farol, que são registrados como pulsos de luz na Terra. E essa rotação periódica é extremamente precisa - quase tão precisa quanto um relógio atômico. Isso os torna detectores de ondas gravitacionais cósmicas ideais. A primeira evidência indireta veio do estudo de pulsares em 1974, quando Joseph Taylor Jr. e Russell Hulse descobriram que um pulsar orbitando uma estrela de nêutrons encolhe lentamente com o tempo – um efeito que seria esperado se convertesse parte de sua massa em energia em na forma de ondas gravitacionais.

No caso do NanoGRAV, a arma fumegante terá uma espécie de cintilação. Os impulsos devem chegar ao mesmo tempo, mas se uma onda gravitacional os atingir, eles chegarão um pouco mais cedo ou mais tarde, pois o espaço-tempo se contrai ou se alonga à medida que a onda passa.

Matrizes de grade de tempo pulsar são especialmente sensíveis a ondas gravitacionais produzidas pela fusão de buracos negros supermassivos com um bilhão ou dez bilhões de vezes a massa do nosso Sol, como aqueles que se escondem no centro das galáxias mais massivas. Se duas dessas galáxias se fundirem, os buracos em seus centros também se fundirão e emitirão ondas gravitacionais. “O LIGO vê o fim da fusão quando os pares estão muito próximos”, diz Mingarelli. “Com a ajuda do SDM, pudemos vê-los no início da fase espiral, quando estão entrando na órbita um do outro.”

E há também a missão espacial LISA (Laser Interferometer Space Antenna). O LIGO baseado na Terra é excelente na detecção de ondas gravitacionais, o equivalente a uma fração do espectro do som audível, como o que nossos buracos negros em fusão produziram. Mas muitas fontes interessantes dessas ondas produzem baixas frequências. Então, os físicos precisam ir ao espaço para encontrá-los. A principal tarefa da atual missão LISA Pathfinder() é testar o funcionamento do detector. “Com o LIGO, você pode parar a ferramenta, abrir o vácuo e consertar tudo”, diz Scott Hughes, do MIT. Mas você não pode abrir nada no espaço. Você tem que fazer isso imediatamente para que funcione.”

O objetivo do LISA é simples: usando interferômetros a laser, a espaçonave tentará medir com precisão a posição relativa de dois cubos de ouro-platina de 1,8 polegadas em queda livre. Alojados em caixas de eletrodos separadas de 15 polegadas de distância, os objetos de teste serão protegidos do vento solar e de outras forças externas para que pequenos movimentos causados ​​​​por ondas gravitacionais sejam detectáveis ​​(espero).

Finalmente, há dois experimentos projetados para procurar impressões digitais deixadas por ondas gravitacionais primordiais no CMB (o brilho posterior do Big Bang): BICEP2 e a missão do satélite Planck. O BICEP2 afirmou ter detectado um em 2014, mas descobriu-se que o sinal era falso (a poeira cósmica era a culpada).

Ambas as colaborações continuam a caçar na esperança de lançar luz sobre o início da história do nosso universo – e, esperançosamente, confirmar as principais previsões da teoria inflacionária. Essa teoria previa que logo após seu nascimento, o universo experimentou um rápido crescimento, que não poderia deixar de deixar poderosas ondas gravitacionais, que permaneceram impressas na radiação de fundo na forma de ondas de luz especiais (polarização).

Cada um dos quatro regimes de ondas gravitacionais abrirá quatro novas janelas no universo para os astrônomos.

Mas sabemos o que você está pensando: é hora de acionar o warp drive, caras! A descoberta do LIGO ajudará a construir a Estrela da Morte na próxima semana? Claro que não. Mas quanto melhor entendermos a gravidade, mais entenderemos como construir essas coisas. Afinal, este é o trabalho dos cientistas, é assim que eles ganham o pão. Ao entender como o universo funciona, podemos confiar mais em nossas capacidades.

Em 11 de fevereiro de 2016, um grupo internacional de cientistas, inclusive da Rússia, em uma entrevista coletiva em Washington anunciou uma descoberta que mais cedo ou mais tarde mudará o desenvolvimento da civilização. Foi possível provar na prática ondas gravitacionais ou ondas do espaço-tempo. Sua existência foi prevista há 100 anos por Albert Einstein em seu livro.

Ninguém duvida que esta descoberta será agraciada com o Prêmio Nobel. Os cientistas não têm pressa em falar sobre sua aplicação prática. Mas lembram que até bem pouco tempo a humanidade também não sabia exatamente o que fazer com as ondas eletromagnéticas, o que acabou levando a uma verdadeira revolução científica e tecnológica.

O que são ondas gravitacionais em termos simples

A gravidade e a gravitação universal são uma e a mesma coisa. As ondas gravitacionais são uma das soluções OTS. Eles devem se propagar na velocidade da luz. É emitido por qualquer corpo que se mova com aceleração variável.

Por exemplo, ele gira em sua órbita com aceleração variável direcionada para a estrela. E essa aceleração está mudando constantemente. O sistema solar irradia energia da ordem de vários quilowatts em ondas gravitacionais. Esta é uma quantidade pequena, comparável a 3 TVs coloridas antigas.

Outra coisa são dois pulsares (estrelas de nêutrons) girando em torno um do outro. Eles se movem em órbitas muito estreitas. Tal "casal" foi descoberto por astrofísicos e tem sido observado há muito tempo. Os objetos estavam prontos para cair uns sobre os outros, o que indicava indiretamente que os pulsares irradiam ondas de espaço-tempo, ou seja, energia em seu campo.

A gravidade é a força de atração. Somos atraídos para o chão. E a essência de uma onda gravitacional é uma mudança nesse campo, extremamente fraco quando se trata de nós. Por exemplo, tome o nível de água em um reservatório. A intensidade do campo gravitacional é a aceleração da queda livre em um determinado ponto. Uma onda está passando pelo nosso reservatório e, de repente, a aceleração da queda livre muda um pouco.

Tais experimentos começaram nos anos 60 do século passado. Naquela época, eles inventaram isso: eles penduraram um enorme cilindro de alumínio, resfriado para evitar flutuações térmicas internas. E eles estavam esperando por uma onda de uma colisão de, por exemplo, dois buracos negros maciços para nos alcançar de repente. Os pesquisadores ficaram entusiasmados e disseram que todo o globo poderia ser afetado por uma onda gravitacional vinda do espaço sideral. O planeta começará a oscilar e essas ondas sísmicas (compressionais, de cisalhamento e de superfície) poderão ser estudadas.

Um artigo importante sobre o dispositivo em linguagem simples, e como os americanos e o LIGO roubaram a ideia dos cientistas soviéticos e construíram os introferômetros que permitiram a descoberta. Ninguém fala sobre isso, todos ficam em silêncio!

Aliás, a radiação gravitacional é mais interessante do ponto de vista da radiação relíquia, que eles tentam encontrar alterando o espectro da radiação eletromagnética. A radiação relíquia e eletromagnética apareceu 700 mil anos após o Big Bang, então em processo de expansão do universo cheio de gás quente com ondas de choque viajantes, que mais tarde se transformaram em galáxias. Nesse caso, é claro, um número gigantesco e incompreensível de ondas espaço-temporais deveria ter sido emitido, afetando o comprimento de onda da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que na época ainda era óptica. O astrofísico doméstico Sazhin escreve e publica regularmente artigos sobre este tema.

Interpretação errônea da descoberta de ondas gravitacionais

“Um espelho fica pendurado, uma onda gravitacional age sobre ele e ele começa a oscilar. E mesmo as menores flutuações com amplitude menor que o tamanho de um núcleo atômico são percebidas por instrumentos ”- uma interpretação tão incorreta, por exemplo, é usada no artigo da Wikipedia. Não seja preguiçoso, encontre um artigo de cientistas soviéticos em 1962.

Primeiro, o espelho deve ser maciço para sentir as "ondulações". Em segundo lugar, deve ser resfriado a quase zero absoluto (Kelvin) para evitar suas próprias flutuações térmicas. Muito provavelmente, não apenas no século 21, mas em geral, nunca será possível detectar uma partícula elementar - a portadora de ondas gravitacionais:

O que são ondas gravitacionais?

Ondas gravitacionais - mudanças no campo gravitacional, propagando-se como ondas. Eles são irradiados por massas em movimento, mas após a radiação eles se separam delas e existem independentemente dessas massas. Matematicamente relacionado à perturbação da métrica do espaço-tempo e pode ser descrito como "ondulações do espaço-tempo".

Na teoria geral da relatividade e na maioria das outras teorias modernas da gravidade, as ondas gravitacionais são geradas pelo movimento de corpos massivos com aceleração variável. As ondas gravitacionais propagam-se livremente no espaço à velocidade da luz. Devido à relativa fraqueza das forças gravitacionais (em comparação com outras), essas ondas têm uma magnitude muito pequena, difícil de registrar.

As ondas gravitacionais são previstas pela teoria da relatividade geral (GR). Eles foram detectados diretamente pela primeira vez em setembro de 2015 por dois detectores gêmeos no observatório LIGO, que registraram ondas gravitacionais, provavelmente como resultado da fusão de dois buracos negros e da formação de mais um buraco negro giratório massivo. A evidência indireta de sua existência é conhecida desde a década de 1970 - a relatividade geral prevê a taxa de convergência de sistemas próximos de estrelas binárias que coincide com observações devido à perda de energia para a emissão de ondas gravitacionais. O registro direto de ondas gravitacionais e seu uso para determinar os parâmetros dos processos astrofísicos é uma tarefa importante da física e da astronomia modernas.

Se imaginarmos nosso espaço-tempo como uma grade de coordenadas, então as ondas gravitacionais são perturbações, ondulações que correrão ao longo da grade quando corpos massivos (por exemplo, buracos negros) distorcem o espaço ao seu redor.

Pode ser comparado a um terremoto. Imagine que você mora em uma cidade. Tem alguns marcadores que criam um espaço urbano: casas, árvores, etc. Eles estão imóveis. Quando um grande terremoto ocorre em algum lugar perto da cidade, as vibrações nos atingem - e até mesmo casas e árvores imóveis começam a oscilar. Essas flutuações são ondas gravitacionais; e os objetos que oscilam são o espaço e o tempo.

Por que os cientistas demoraram tanto para detectar ondas gravitacionais?

Esforços específicos para detectar ondas gravitacionais começaram no período pós-guerra com dispositivos um tanto ingênuos, cuja sensibilidade, obviamente, não poderia ser suficiente para detectar tais oscilações. Com o tempo, ficou claro que os detectores para a busca deveriam ser muito grandes - e deveriam usar tecnologia laser moderna. É com o desenvolvimento das modernas tecnologias de laser que se tornou possível controlar a geometria, cujas perturbações são a onda gravitacional. O desenvolvimento mais poderoso da tecnologia desempenhou um papel fundamental nessa descoberta. Não importa o quão brilhantes os cientistas fossem, 30-40 anos atrás era tecnicamente simplesmente impossível fazer isso.

Por que a detecção de ondas é tão importante para a física?

As ondas gravitacionais foram previstas por Albert Einstein em sua teoria geral da relatividade há cerca de cem anos. Ao longo do século 20, houve físicos que questionaram essa teoria, embora surgissem cada vez mais confirmações. E a presença de ondas gravitacionais é uma confirmação crítica da teoria.

Além disso, antes do registro das ondas gravitacionais, sabíamos como a gravidade se comporta apenas no exemplo da mecânica celeste, a interação dos corpos celestes. Mas ficou claro que o campo gravitacional tem ondas e o espaço-tempo pode ser deformado de maneira semelhante. O fato de não termos visto ondas gravitacionais antes era um ponto em branco na física moderna. Agora que essa mancha branca foi fechada, outro tijolo foi colocado na base da teoria física moderna. Esta é uma descoberta fundamental. Não houve nada comparável nos últimos anos.

"Waiting for Waves and Particles" - um documentário sobre a busca por ondas gravitacionais(por Dmitry Zavilgelskiy)

Há um momento prático no registro das ondas gravitacionais. Provavelmente, após o desenvolvimento da tecnologia, será possível falar sobre astronomia gravitacional - sobre observar os vestígios dos eventos de maior energia do Universo. Mas agora é muito cedo para falar sobre isso, estamos falando apenas do próprio fato de registrar ondas, e não de esclarecer as características dos objetos que geram essas ondas.

Os astrofísicos confirmaram a existência de ondas gravitacionais, cuja existência foi prevista por Albert Einstein há cerca de 100 anos. Eles foram registrados usando detectores do observatório de ondas gravitacionais LIGO, localizado nos Estados Unidos.

Pela primeira vez na história, a humanidade registrou ondas gravitacionais - flutuações no espaço-tempo que chegaram à Terra a partir da colisão de dois buracos negros que ocorreram longe no Universo. Cientistas russos também contribuem para esta descoberta. Na quinta-feira, os pesquisadores falam sobre sua descoberta em todo o mundo - em Washington, Londres, Paris, Berlim e outras cidades, incluindo Moscou.

A foto mostra uma imitação da colisão de buracos negros

Em uma coletiva de imprensa no escritório da Rambler & Co, Valery Mitrofanov, chefe da parte russa da colaboração LIGO, anunciou a descoberta das ondas gravitacionais:

“Estamos honrados em participar deste projeto e apresentar os resultados para vocês. Vou agora dizer-lhe o significado da descoberta em russo. Vimos belas fotos de detectores LIGO nos EUA. A distância entre eles é de 3.000 km. Sob a influência de uma onda gravitacional, um dos detectores se deslocou, após o que os descobrimos. No início, vimos apenas ruído no computador e, em seguida, começou o acúmulo da massa dos detectores Hamford. Depois de calcular os dados obtidos, pudemos determinar que foram os buracos negros que colidiram a uma distância de 1,3 mlrd. anos-luz daqui. O sinal era muito claro, ele saiu do barulho com muita clareza. Muitos nos disseram que tivemos sorte, mas a natureza nos deu esse presente. Ondas gravitacionais foram descobertas - com certeza."

Os astrofísicos confirmaram rumores de que, usando os detectores do observatório de ondas gravitacionais LIGO, eles conseguiram detectar ondas gravitacionais. Essa descoberta permitirá que a humanidade faça progressos significativos na compreensão de como o universo funciona.

A descoberta ocorreu em 14 de setembro de 2015, simultaneamente por dois detectores em Washington e Louisiana. O sinal chegou aos detectores como resultado da colisão de dois buracos negros. Tanto tempo levou os cientistas para se certificarem de que eram as ondas gravitacionais que eram o produto da colisão.

A colisão de buracos ocorreu a uma velocidade de cerca de metade da velocidade da luz, que é aproximadamente 150.792.458 m/s.

“A gravidade newtoniana foi descrita no espaço plano, e Einstein a traduziu para o plano do tempo e sugeriu que ela o dobrasse. A interação gravitacional é muito fraca. Na Terra, a experiência de criar ondas gravitacionais é impossível. Eles foram capazes de detectá-los somente após a fusão dos buracos negros. O detector mudou, imagine, de 10 a -19 metros. Não toque com as mãos. Apenas com a ajuda de instrumentos muito precisos. Como fazer isso? O feixe de laser com o qual a mudança foi detectada é único na natureza. A antena de gravidade a laser LIGO de segunda geração entrou em operação em 2015. A sensibilidade permite registrar as perturbações gravitacionais cerca de uma vez por mês. Este é o mundo avançado e a ciência americana, não há nada mais preciso no mundo. Esperamos que seja capaz de superar o limite quântico padrão de sensibilidade”, explicou a descoberta. Sergey Vyatchanin, funcionário da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou e da colaboração LIGO.

O limite quântico padrão (SQL) na mecânica quântica é uma limitação imposta à precisão de uma medição contínua ou muitas vezes repetida de uma quantidade descrita por um operador que não comuta consigo mesmo em momentos diferentes. Previsto em 1967 por V. B. Braginsky, e o termo Limite Quântico Padrão (SQL) foi proposto posteriormente por Thorne. O SQL está intimamente relacionado com a relação de incerteza de Heisenberg.

Resumindo, Valery Mitrofanov falou sobre planos para mais pesquisas:

“Esta descoberta é o início de uma nova astronomia de ondas gravitacionais. Através do canal de ondas gravitacionais, esperamos aprender mais sobre o Universo. Conhecemos a composição de apenas 5% da matéria, o resto é um mistério. Os detectores gravitacionais permitirão que você veja o céu em "ondas gravitacionais". No futuro, esperamos ver o começo de tudo, ou seja, o fundo cósmico de micro-ondas do Big Bang, e entender o que exatamente aconteceu então.”

Pela primeira vez, as ondas gravitacionais foram propostas por Albert Einstein em 1916, ou seja, quase exatamente 100 anos atrás. A equação para ondas é uma consequência das equações da teoria da relatividade e não é derivada da maneira mais simples.

O físico teórico canadense Clifford Burgess publicou anteriormente uma carta dizendo que o observatório havia detectado radiação gravitacional causada pela fusão de um sistema binário de buracos negros com massas de 36 e 29 massas solares em um objeto com massa de 62 massas solares. A colisão e o colapso gravitacional assimétrico duram frações de segundo e, durante esse tempo, até 50% da massa do sistema entra em radiação gravitacional - as ondulações do espaço-tempo.

Uma onda gravitacional é uma onda gravitacional gerada na maioria das teorias da gravidade pelo movimento de corpos gravitacionais com aceleração variável. Tendo em vista a relativa fraqueza das forças gravitacionais (em comparação com outras), essas ondas devem ter uma magnitude muito pequena, difícil de registrar. Sua existência foi prevista há cerca de um século por Albert Einstein.