A principios de 2016, una colaboración internacional de físicos registró ondas gravitacionales por primera vez en la historia de la humanidad. Las ondas fueron generadas por la fusión de dos agujeros negros y fueron detectadas utilizando un detector-interferómetro especial LIGO, que se encuentra en Estados Unidos. ¿Qué son las ondas gravitacionales, por qué tomó un siglo descubrirlas y cuál es el papel de los científicos rusos en esto? El jefe del Observatorio Astronómico de ISU, director científico del Planetario de Irkutsk Sergei Yazev, contó esto a "Oblastnaya".
- Hace cien años, Albert Einstein completó su trabajo sobre la teoría general de la relatividad. La teoría, nueva en ese momento, permitió la existencia de las llamadas ondas gravitacionales, que surgen constantemente y en todas partes. Un ejemplo simple: agitamos nuestra mano, las ondas gravitacionales divergen de la mano. Pero la gravedad es la fuerza más débil de la naturaleza y se necesitan dos factores para arreglar las ondas gravitacionales. Primero, debe ocurrir algún evento poderoso en el que intervengan masas gigantes, por ejemplo, la fusión de estrellas entre sí, la caída de una estrella sobre otra, o algo similar. Y en segundo lugar, necesitamos un equipo increíblemente sensible que registre la señal de este evento en la Tierra.
La idea de cómo registrar ondas gravitacionales ha existido durante décadas. Los físicos entendieron perfectamente lo que había que hacer, pero las tecnologías necesarias simplemente no existieron durante mucho tiempo. El detector de interferómetro LIGO con sede en EE. UU., Que detecta señales de ondas gravitacionales, se concibió en 1992. Durante mucho tiempo, los físicos no pudieron arreglar nada porque la instalación carecía de sensibilidad. El hecho es que las ondas gravitacionales son, de hecho, vibraciones de una determinada entidad, que los físicos llaman "espacio-tiempo". Esto significa, por ejemplo, que la distancia entre dos elementos de la instalación puede comenzar a fluctuar, porque el propio espacio cambia sus propiedades. Resultó que la sensibilidad requerida del dispositivo está más allá de los límites de la percepción real: la amplitud de las oscilaciones debería ser aproximadamente 10 mil veces menor,que el tamaño del núcleo atómico. Esta es una precisión fantástica. El año pasado, la instalación se modernizó, después de lo cual fue posible registrar una señal desde las profundidades del Universo sobre un evento extremadamente poderoso: la fusión de dos agujeros negros. Ocurrió hace mil trescientos millones de años, y solo el 14 de septiembre del año pasado, sus ecos llegaron a la Tierra. Gracias al estallido de rayos gamma registrado simultáneamente, quedó claro que no se trata de un ruido aleatorio. Los expertos comprobaron el resultado durante mucho tiempo y solo en febrero se arriesgaron a notificar al mundo que se había hecho un gran descubrimiento.y solo el 14 de septiembre del año pasado sus ecos llegaron a la Tierra. Gracias al estallido de rayos gamma registrado simultáneamente, quedó claro que no se trata de un ruido aleatorio. Los expertos han estado verificando el resultado durante mucho tiempo y solo en febrero se arriesgaron a informar al mundo que se había hecho un gran descubrimiento.y solo el 14 de septiembre del año pasado sus ecos llegaron a la Tierra. Gracias al estallido de rayos gamma registrado simultáneamente, quedó claro que no se trata de un ruido aleatorio. Los expertos han estado verificando el resultado durante mucho tiempo y solo en febrero se arriesgaron a informar al mundo que se había hecho un gran descubrimiento.
Sergey Arturovich, ¿cuál es el significado del descubrimiento de ondas gravitacionales para la ciencia?
norte
- Las ondas gravitacionales atraviesan cualquier cosa. Esto significa que recibiremos un nuevo tipo de información sobre procesos físicos. Durante el evento del 14 de septiembre, las tres masas del Sol, cuando dos agujeros negros se fusionaron, se convirtieron en energía de ondas gravitacionales. Esta es una energía monstruosa, por lo que incluso a una distancia de mil trescientos millones de años luz, sentimos este evento. Imagínese: un temblor del espacio que se ha extendido por todo el universo.
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Es importante señalar que se hicieron varios otros descubrimientos simultáneamente con el registro de ondas gravitacionales. Primero, se ha obtenido evidencia de la existencia de agujeros negros. Los astrónomos y astrofísicos no lo dudaban, pero algunos físicos teóricos hasta hace poco negaban la existencia de tales objetos. En segundo lugar, se confirmó que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, que se predijo en la relatividad general.
Hay que decir un descubrimiento más. Existe tal concepto de "horizonte de sucesos de un agujero negro". Dos agujeros se fusionaron entre sí, el horizonte de sucesos tomó una cierta forma compleja y fluctuó. El resultado es un caparazón, debajo del cual ya hay un agujero negro, pero aún no afuera. Este efecto, la dinámica del horizonte de eventos, se registró por primera vez durante las observaciones, aunque nadie esperaba este tipo de descubrimiento.
¿Los científicos rusos participaron en un experimento para registrar ondas gravitacionales?
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- El detector-interferómetro es estadounidense, pero la experiencia la brindó un equipo internacional, que incluía especialistas rusos. La instalación captó las ondas gravitacionales por sí mismas, pero era necesario comprender de dónde venían, qué evento las causó. Entonces, para esto, el programa utilizó telescopios de todo el mundo, incluida la red rusa de telescopios "MASTER". Sin embargo, todavía era posible determinar el origen de las ondas con la ayuda de tecnología extranjera.
Muchos de los fundamentos teóricos del experimento realizado en Estados Unidos se crearon en Rusia. En nuestro país, uno de los pioneros de la búsqueda de ondas gravitacionales fue el famoso físico, empleado de la Universidad Estatal de Moscú, Vladimir Braginsky.
El astrofísico moscovita, jefe del proyecto MASTER, Vladimir Lipunov, junto con sus colegas, publicó en 1992 un artículo en el que se decía que el primer evento para fijar ondas gravitacionales sería precisamente la fusión de agujeros negros. Además, se sabe que los científicos rusos han contribuido al desarrollo del diseño del detector-interferómetro. En general, unas mil personas, de una forma u otra, participaron en el proyecto, y los físicos rusos hicieron su contribución a la causa común.
¿Puede el descubrimiento de ondas gravitacionales calificar para el Premio Nobel de Física?
- En general, el descubrimiento de ondas gravitacionales es un evento de clase Nobel. En la mayoría de los casos, los descubrimientos ocurren inesperadamente. Pero en los últimos años, ha habido dos excepciones en las que se predijeron descubrimientos y ocurrieron. Hablamos del bosón de Higgs, cuyo descubrimiento llevaba varias décadas esperando, y de las ondas gravitacionales, que tardaron cien años en confirmarse. Todos estos eventos fueron predichos teóricamente, en ambos casos la teoría resultó ser correcta y confirmada por observaciones. En 2013, el primer premio de física fue para François Engler y Peter Higgs. Creo que también se otorgará el Premio Nobel por el descubrimiento de ondas gravitacionales.
