Гравітаційні хвилі: 100-літнє передбачення, увінчане Нобелем

У цей понеділок, 15 січня, у Львові можна буде прослухати лекцію на тему

Гравітаційні хвилі:

100-літнє передбачення, увінчане Нобелем

Доповідач:

Максим Ціж

к.ф.н., працює у Львівському національному університеті імені Івана Франка

Від автора про гравітаційні хвилі з його блогу:

17 серпня 2017 року 12:41:04 відбулась в світі спостережувальної астрономії відбулась важлива подія – колаборацією LIGO-Virog був зареєстрований гравітаційно-хвильовий сигнал (GW170817), гравітаційна хвиля, яку розпізнали як таку, що утворилася при злитті двох нейтронних зірок. Завдяки моделюванню вченні точно знають як повинні виглядати сигнали при різних подіях – злиттях чорних дір, нейтронних зірок, вибухах наднових і т.д. То ж їм вдалось встановити що злиття відбулось на відстані 130 мільйонів світлових років від Землі (це далеко за межами нашої Галактики), а маси зірок що злились в одну були порядку 1.36–1.6 та 1.17–1.36 мас Сонця.

Офіційно про відкриття повідомили в жовтні. Що робить його важливим? По-перше, вперше в історії спостережень гравітаційних хвиль сигнал був задетектований трьома детекторами незалежно одне від одного (2 американських LIGO та європейський Virgo). По-друге, вперше після детектування гравітаційного сигналу вдалось задетектувати гамма-спалах, що йому слідував — у місці з координатами що відповідали розрахованим координатам злиття нейтронних зірок — і який передбачають теоретичні розрахунки злиття нейтронних зірок. Після цього також був задетектований і так звані оптичний та інфрачервоний транзієнти — слабке випромінювання внаслідок радіоактивного розпаду утворених на місці злиття надважких ядер (уран, платина, золото та ін.).

Наявні у Всесвіті гідроген та гелій утворились під час Великого вибуху. Важчі ж елементи, такі як кисень та вуглець, утворились в ядрах зір внаслідок термоядерного синтезу з гелію та гідрогену. Однак, для утворення елементів важчих заліза (наприклад, лантаноїдів), потрібні особливі умови, коли ядра атомів бомбардуються вільними нейтронами. Вчені наочно побачили як це відбувається у Всесвіті саме після реєстрації . Ще в 1950-ті роки фізики передбачили і пояснили механізм швидкого захоплення нейтронів важкими ядрами. Цей механізм вони назвали r-процесом (від англ. rapid). Захоплення нейтронів в r-процесі робить ядра надзвичайно радіоактивними, що потребує надзвичайно швидкого захоплення. Припускалося, що r-процес має відбуватись у середовищах із надзвичайно великою густиною нейтронів, де кілька нейтронів може бути захоплено ядром підряд, до того, як нестабільне ядро зазнає бета-розпаду. У такий спосіб утворюються важкі елементи. Свідком саме таких процесів і стало людство, побачивши це злиття нейтронних зірок. Незважаючи на невелику відносну концентрацію, важкі елементи відіграють важливу роль в нашому житті, будучи незамінними компонентами земної кори та й наших тіл. Тому це відкриття, як приблизило нас до розуміння того як вони утворилось, сміливо можна називати відкриттям року. Пройшло всього 2 чи 3 доби після публікації відповідної наукової статті – а на неї вже посилалось 84 нових інших ??

І останні приємності: серед авторів у цьому списку першої публікацій цього відкриття є українець, випускник (2007) фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка Володимир Савченко, нині співробітник Наукового центру даних супутника INTEGRAL університету Женеви. Я про це дізнався з чудового інтерв’ю у віснику НАН про гравітаційні хвилі.

А ще, в Україні є частина міжнародної групи, що займається моделюванням злиття надмасивних чорних дір, в тому числі моделюванням гравітаційних хвиль від них. Це група під проводом проф. Берцака в ГАО НАН України, куди входить, наприклад, фантастична, Маргарита Соболенко, яку я маю приємність знати. Надіємось на їхній успіх також!