გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენის მნიშვნელობა ყველასათვის გასაგებ ენაზე

 საერთაშორისო კოლაბორაციის – LIGO (ლაზერული ინტერფერომეტრიის გრავიტაციულ-ტალღური ობსერვატორია), ფიზიკოსებმა დრო-სივრცის ტალღები ექსპერიმენტულად აღმოაჩინეს.

 კონკრეტულად რა აღმოაჩინეს?

 ფიზიკოსებმა, გრავიტაციული ტალღების პირდაპირი დამზერა შეძლეს. ეს მოხდა 2015 წლის 14 სექტემბერს, ჩვენი დროით 14:51 წუთზე, ობსერვატორია LIGO-ს ორ დეტექტორზე.

 ტალღების წყაროს, 36 და 29 მზის მასის მქონე შავი ხვრელები წარმოადგენდა, რომლებიც 62 (შავი ხვრელი ყველასათვის გასაგებ ენაზე) მზის მასის ერთ ხვრელად გაერთიანდა. სხვაობამ, ორი საწყისი ობიექტების მასათა ჯამისა, 3±0,5 მზის მასა შეადგინა. მასათა ეს გრავიტაციული დეფექტი, დაახლოებით 20 მილიწამში, მთლიანად გადავიდა გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღების ენერგიაში. იმ მომენტში, გამოსხივების მაქსიმალური სიმძლავრე, მთელ ხილულ სამყაროსეულ გამოსხივებაზე დაახლოებით 50-ჯერ მეტი იყო. ხვრელების შერწყმა 1,3 მილიარდი წლის წინათ მოხდა, ანუ ამდენი ხანი მოდიოდა ტალღა დედამიწამდე.

რა არის მნიშვნელოვანი?

 1) ფიზიკოსებმა პირველად მოახერხეს გრავიტაციული ტალღების პირდაპირი დამზერა. ადრე ამის გაკეთება, მხოლოდ ირიბი გზებით ხდებოდა – ენერგიის დანაკარგი მჭიდრო ორმაგ ვარსკვლავურ სისტემაში, რომელიც კომპაქტური ობიექტებისგან შედგება(ნეიტრონული ვარსკვლავები და შავი ხვრელები). კერძოდ, ცნობილ სისტემაში სახელად – PSR B1913+16(ჰალს-ტეილორის პულსარი). აქ, ენერგიის დანაკარგი სწორედ გრავიტაციული გამოსხივებით გაედინება. 2) ალბერტ აინშტაინის მიერ 1915 წელს ფორმულირებული ფარდობითობის ზოგადი თეორია კიდევ ერთხელ დამტკიცდა. 3) მეცნიერებმა კიდევ ერთხელ დაამტკიცეს შავი ხვრელების არსებობა. ჩატარებული ექსპერიმენტები კარგად აიხსნება თნამამედროვე თეორიული მოდელებით. 4) გაჩნდა კოსმოსზე გრავიტაციული დამზერის შესაძლბლობა. აქამდე, შორეული ობიექტების შესახებ ინფორმაციას მხოლოდ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების(ოთხი ურთიერთქმედებიდან, მხოლოდ ელექტრომაგნიტური და გრავიტაციული ვრცედლება შორ მანძილებზე) საშუალებით ვიღებდით. LIGO-ს შექმნის ინიციატივა ფიზიკოსებისგან მოდიოდა, როცა ასტრონომები, კოსმოსის კვლევის ისევ კონსერვატიულ მეთოდებს ანიჭებდნენ უპირატესობას.

რისთვის აღმოაჩინეს?

 გრავიტაციულ-ტალღური ანტენების მგრძნობელობის მომატება, დრო-სივრცული რხევების უამრავი წყაროს აღმოჩენაში დაგვეხმარება. ახალი მეთოდის პროგრესი, მხოლოდ გრავიტაციული ობსერვატორიების მაღალი ფასით არის შეზღუდული (LIGO – 370 მილიონი დოლარი დაჯდა).

 პერსპექტივაში, გრავიტაციულ-ტალღური ანტენებით შესაძლებელია სამყაროს აჩქარებული გაფართოების ზუსტი გაზომვა, არსებული კოსმოლოგიური მოდელების მართებულობის გადამოწმება, ნეიტრონული ვარსკვლავების სფერული ფორმებიდან გადახრის დადგენა და კოსმოსური სიმების (თუ საერთოდ არსებობს) აღმოჩენა – დიდი აფეთქების მერე გაჩნილი დრო-სივრცის ერთგანზომილებიანი დეფექტები.

 რა არის გრავიტაციული ტალღა?

 გრავიტაციული ტალღა, დრო-სივრცის რხევას წარმოადგენს, მასში გავრცელებად შეკუმშვა-გაფართოებების სერიებს. წარმოიდგინეთ, რომ ბატუტის ზედაპირზე, რომელიც დრო-სივრცის ქსოვილის ანალოგად შეიძლება გამოვიყენოთ, ლითონის ბურთულა პერიოდულ მოძრაობებს აკეთებს. ბურთულას მიერ წარმოქმნილი ჩაღრმავებები ბატუტის ზედაპირზე დაიწყებს გავრცელებას, სწორედ ეს შეშფოთებებია გრავიატციული ტალღების ანალოგია.

 მასიური სხეული, დრო-სივრცის გამრუდებას იწვევს. კერძოდ, მასიური ობიექტის ახლოს მოძრავი სინათლის სხივის ტრაექტორია მრუდდება, რაც ექსპრიმენტულად არის დამტკიცებული (გრავიტაციული ლინზირება).

რა არის შავი ხვრელი?

 1916 წელს, გერმანელმა მეცნიერმა კარლ შვარცშილდმა, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის განტოლებათა ამონახსენი მიიღო გრავიტაციული ველისთვის, რომელსაც ნულოვანი მუხტის მქონე, ცენტრულ-სიმეტრულად გადანაწილებული მასების მქონე ობიექტი წარმოქნის. ეს ამონახსენი სხეულის ე.წ. გრავიტაციული რადიუსის მნიშვნელობას გვაძლევს, რომლის ფარგლების დატოვება ფოტონებსაც (ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ზღვრული სიჩქარით მოძრავი ნაწილაკი, კვანტი)  კი არ შეუძლია.

 შვარცშილდის სფეროს ზომა ე.წ. მოვლენათა ჰორიზონტის ზომას ემთხვევა, ხოლო შავი ხვრელი, ამ რადიუსით შემოსაზღვრული მასიური ობიექტია. შვარცშილდის მიერ აღწერილი ხვრელი უძრავია (არ ბრუნავს). ბუნებაში ასეთი ხვრელები არა არსებობს, პრაქტიკულად, ყველა შავი ხვრელი ბრუნავს და ნულისგან განსხვავებული მუხტი გააჩნია (ამისათვის, ერთი დამუხტული ნაწილაკის შთანთქმაც საკმარისია). მბრუნავი დამუხტული შავი ხვრელები პირველად, როი ქერმა აღწერა, რის გამოც მან ქრაფორდის პრემია მიიღო (უცნაური სინგულარობა).

 ვისი დამსახურებაა?

გრავიტაციულ-ტალღური ობსერვატორია LIGO (ა.შ.შ.).

 ობსერვატორია LIGO, გრავიტაციულ-ტალღურ ობსერვატორიას წარმოადგენს, რომელიც ორი ერთმანეთისგან 3000 კილომეტრის მანძილზე დაშორებული, ზუსტად ერთნაირი დეტექტორებისგან შედგება. მასში ა.შ.შ-სა და 14 სხვა ქვეყნის ათასზე მეტი მეცნიერი იღებს მონაწილეობას (Advanced LIGO გრავიტაციულ ტალღებზე ნადირობას აგრძელებს).