Просмотр кода страницы Гравитационно-волновая астрономия

{| style="margin-bottom: 10px;" class="wikitable" align="right" width="400"
|[[Файл:White dwarfs circling each other and then colliding.gif|411x411пкс]]
|[[Двойная звезда|Двойные системы]] из массивных объектов, вращающихся друг вокруг друга — важный источник излучения для гравитационно-волновой астрономии. Во время вращения система излучает [[гравитационные волны]], которые уменьшают {{нп3|Псевдотензор Ландау—Лифшица|тензор напряжений энергии-импульса||Stress–energy–momentum pseudotensor}}, вызывая уменьшение радиуса орбиты<ref>{{Cite news|last=Peters|first=P.|title=Gravitational Radiation from Point Masses in a Keplerian Orbit|date=1963|journal=Physical Review |issue=1 |volume=131 |pages=435–440 |doi=10.1103/PhysRev.131.435|bibcode=1963PhRv..131..435P|author2=Mathews, J.}}</ref><ref>{{Cite news|last=Peters|first=P.|title=Gravitational Radiation and the Motion of Two Point Masses|date=1964|journal=Physical Review|issue=4B|doi=10.1103/PhysRev.136.B1224|volume=136|pages=B1224–B1232|bibcode=1964PhRv..136.1224P}}</ref>. Здесь показана двойная система [[Белый карлик|белых карликов]], важный источник для космических детекторов, таких как [[Laser Interferometer Space Antenna|eLISA]]. Слияние белых карликов может породить [[Сверхновая типа Ia|сверхновую]], изображенной взрывом на третьем рисунке.
|}
'''Гравитационно-волновая астрономия''' — раздел астрономии, изучающий космические объекты путём исследования их гравитационного излучения при помощи регистрации его прямого воздействия на детекторы гравитационных волн<ref name="Sagin">''[[Сажин, Михаил Васильевич|М. В. Сажин]]'' Современная космология в популярном изложении. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — ISBN 5-354-00012-2 — Тираж 2500 экз. — С. 130—133.</ref>. Представляет собой активно развивающуюся область [[Наблюдательная астрономия|наблюдательной астрономии]], использующую [[гравитационные волны]] (малейшие искривления [[Пространство-время|пространства-времени]], предсказанные [[Общая теория относительности|общей теорией относительности]] [[Эйнштейн, Альберт|Эйнштейна]]) для сбора данных об объектах, таких как [[Нейтронная звезда|нейтронные звезды]] и [[Чёрная дыра|черные дыры]], о таких событиях, как взрывы [[Сверхновая звезда|сверхновых]], и о различных процессах, в том числе свойства [[Хронология Большого взрыва|ранней Вселенной]] вскоре после [[большой взрыв|Большого взрыва]]<ref name = "Sagin"></ref>.

Теоретическая база гравитационных волн основана на теории относительности. Впервые они были предсказаны [[Эйнштейн, Альберт|Эйнштейном]] [[1916 год|в 1916]] году; их существование следует из общей теории относительности, они фигурируют во всех теориях гравитации, которые подчиняются специальной теории относительности<ref>{{Cite news |last=Schutz|first=Bernard F.|title=Gravitational waves on the back of an envelope|date=1984|journal=American Journal of Physics |issue=5 |doi=10.1119/1.13627 |volume=52 |pages=412 |bibcode=1984AmJPh..52..412S}}</ref>. Косвенные подтверждения их существования впервые появились в [[1974 год]]у после измерений двойной звездной системы Халса-Тейлора [[PSR B1913+16]], орбита которой изменялась именно так, как предсказывает теория гравитационных волн<ref>{{Cite news|last=Hulse|first=R. A.|title=Discovery of a pulsar in a binary system|date=1975|journal=The Astrophysical Journal|doi=10.1086/181708|volume=195|pages=L51|bibcode=1975ApJ...195L..51H|author2=Taylor, J. H.}}</ref>. [[Халс, Рассел Алан|Рассел Халс]] и [[Тейлор, Джозеф Хотон|Джозеф Тейлор]] были награждены в [[1993 год]]у [[Нобелевская премия по физике|Нобелевской премией по физике]] за это открытие<ref name="npp1993">{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993/index.html|title=The Nobel Prize in Physics 1993|publisher=Nobel Foundation|access-date=2014-05-03|archive-date=2013-10-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20131014091534/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993/index.html|url-status=live}}</ref>. Впоследствии учёные наблюдали за многими пульсарами в двойных системах (включая одну систему двойных пульсаров [[PSR J0737-3039]]), и поведение их всех согласовывалось с теорией гравитационных волн<ref>{{Cite news|last=Stairs|first=Ingrid H.|title=Testing General Relativity with Pulsar Timing |date=2003|journal=Living Reviews in Relativity|doi=10.12942/lrr-2003-5|volume=6|pages=5|arxiv=astro-ph/0307536|bibcode=2003LRR.....6....5S}}</ref>.

[[11 февраля]] [[2016 год]]а было объявлено, что [[LIGO]] впервые [[Открытие гравитационных волн|непосредственно наблюдал гравитационные волны]] в сентябре [[2015 год]]а<ref name="PRL-20160211">{{Cite news|title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger|url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102|journal=[[Phys. Rev. Lett.]]|issue=6|doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102|year=2016|volume=116|pages=061102|arxiv=1602.03837|last1=Abbott|first1=Benjamin P.|access-date=2020-06-26|archive-date=2016-02-11|archive-url=https://www.webcitation.org/6fDrzh3tf?url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102}}</ref><ref name="Nature_11Feb16">{{Cite news|last=Castelvecchi|first=Davide|title=Einstein's gravitational waves found at last|url=http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361|date=2016-02-11|journal=Nature News|access-date=2016-02-11|doi=10.1038/nature.2016.19361|last2=Witze|first2=Alexandra|archive-date=2016-02-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20160212082216/http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361}}</ref><ref name="NYT-20160216">{{Cite news|title=The Chirp Heard Across the Universe|author=The Editorial Board|url=https://www.nytimes.com/2016/02/16/opinion/the-chirp-heard-across-the-universe.html|work=[[New York Times]]|date=2016-02-16|access-date=2016-02-16|archive-date=2019-03-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20190331041158/https://www.nytimes.com/2016/02/16/opinion/the-chirp-heard-across-the-universe.html}}</ref>.

За экспериментальное обнаружение гравитационных волн в 2017 году была присуждена [[Нобелевская премия]] по физике учёным [[Барри Бэриш]]у, [[Торн, Кип|Кипу Торну]] и [[Вайсс, Райнер|Райнеру Вайссу]]<ref name=nobel>{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/|title=The Nobel Prize in Physics 2017|publisher=www.nobelprize.org|access-date=2017-10-04|archive-date=2018-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20180812042721/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/|url-status=live}}</ref><ref name = "NG1017">''Вячеслав Недогонов'' [https://www.novayagazeta.ru/articles/2017/10/13/74175-vselennaya-eto-vozdushnyy-sharik-s-ruchkoy Вселенная — это воздушный шарик с ручкой] {{Wayback|url=https://www.novayagazeta.ru/articles/2017/10/13/74175-vselennaya-eto-vozdushnyy-sharik-s-ruchkoy |date=20171013054305 }} // [[Новая газета]]. — 2017. — № 114. — 13.10.2017 — С. 18 — 19</ref>.

== Наблюдения ==
Частота гравитационных волн обычно очень низка, такие волны достаточно трудно обнаружить. Волны с более высокими частотами возникают при более драматических событиях, благодаря чему они стали первыми наблюдаемыми волнами.

=== Высокочастотные ===
В 2015—2016 годах проект [[LIGO]] впервые в истории [[Открытие гравитационных волн|непосредственно наблюдал гравитационные волны]] с помощью лазерных интерферометров<ref name="NYT-20160211-db">{{Cite news|title=Physicists Detect Gravitational Waves, Proving Einstein Right|first=Dennis|last=Overbye|authorlink=Dennis Overbye|url=https://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html|work=[[New York Times]]|date=2016-02-11|access-date=2016-02-11|archive-date=2016-02-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20160211165128/http://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html}}</ref><ref name="NYT-20160211-lk">{{Cite news|title=Finding Beauty in the Darkness|first=Lawrence|last=Krauss|authorlink=Lawrence Krauss|url=https://www.nytimes.com/2016/02/14/opinion/sunday/finding-beauty-in-the-darkness.html|work=[[New York Times]]|date=2016-02-11|access-date=2016-02-11|archive-date=2019-04-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20190412053259/https://www.nytimes.com/2016/02/14/opinion/sunday/finding-beauty-in-the-darkness.html}}</ref>. Детекторы LIGO зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух [[Чёрная дыра звёздной массы|черных дыр звездной массы]], что согласовывалось с предсказаниями [[Общая теория относительности|общей теории относительности]]. Эти наблюдения показали существование двойных систем чёрных дыр звездной массы и стали первым прямым обнаружением гравитационных волн и первым наблюдением процесса слияния двойной системы чёрных дыр<ref>{{Cite news|last=Abbott|first=B. P.|title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger|url=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.061102|date=2016-02-11|journal=Physical Review Letters|issue=6|doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102|volume=116|language=en|issn=0031-9007|first2=R.|last2=Abbott|first3=T. D.|last3=Abbott|first4=M. R.|last4=Abernathy|first5=F.|last5=Acernese|first6=K.|last6=Ackley|first7=C.|last7=Adams|first8=T.|last8=Adams|first9=P.|last9=Addesso}}</ref>. Это открытие было охарактеризовано как революционное для науки, так как установило возможность использовать гравитационно-волновую астрономию для исследования [[Тёмная материя|темной материи]] и [[Большой взрыв|Большого взрыва]].

Наблюдением гравитационных волн занимается несколько [[Коллаборация#наука|научных коллабораций]]. Построена всемирная сеть наземных детекторов, километровых [[Интерферометр Майкельсона|лазерных интерферометров]], в том числе: [[LIGO|лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория]] (LIGO), совместный проект [[Массачусетский технологический институт|Массачусетского технологического института]], [[Калифорнийский технологический институт|Калифорнийского технологического института]] и ученых {{нп3|Научная коллаборация LIGO|Научной коллаборации LIGO||LIGO Scientific Collaboration}} с детекторами в [[Ливингстон (Луизиана)|Ливингстоне, штат Луизиана]] и на месте [[Хэнфордский комплекс|Хэнфордского комплекса]]; [[Virgo (интерферометр)|Virgo]], в {{нп3|Европейская гравитационная обсерватория|Европейской гравитационной обсерватории||European Gravitational Observatory}}, в муниципалитете [[Кашина (Италия)|Кашина]] вблизи [[Пиза|Пизы]] в [[Италия|Италии]]; [[GEO600]] в [[Зарштедт]]е, близ [[Ганновер]]а в [[Германия|Германии]], и [[KAGRA]], которым руководит [[Токийский университет]] в {{нп3|Камиокская обсерватория|Камиокской обсерватории||Kamioka Observatory}}, в подземелье шахты Мозуми в Камиокской части города [[Хида]] в [[Гифу (префектура)|префектуре Гифу]] в [[Япония|Японии]]. LIGO и Virgo модернизируют в [[2016 год]]у. Улучшенный детектор LIGO начал наблюдение в [[2015 год]]у и обнаружил гравитационные волны, ещё не достигнув максимума своей чувствительности; ожидается, что улучшенный детектор Virgo начнет наблюдение в [[2016 год]]у. Модернизация детектора KAGRA запланирована на [[2018 год]]. GEO600 в настоящее время работает, но его чувствительность делает маловероятным возможность детектирования волн; его основной задачей является испытание технологии.

=== Низкочастотные ===
Также наблюдение гравитационных волн ведется с помощью {{нп3|Тайминг массивов пульсаров|тайминга массивов пульсаров||Pulsar timing array}}. Его применяют три консорциума: [[EPTA]] (Европа), [[NANOGrav|Североамериканская наногерцевая обсерватория гравитационных волн]] (NANOGrav) и PPTA (''Parkes Pulsar Timing Array'') в [[обсерватория Паркса#Проект Parkes Pulsar Timing Array|обсерватории Паркса]] (Австралия)<ref>[https://hightech.fm/2022/07/14/time-space-pulsar Физики нашли универсальные «часы» в космосе: они точнее атомных] {{Wayback|url=https://hightech.fm/2022/07/14/time-space-pulsar |date=20220715153448 }} // hightech.fm, 14 июля 2022</ref>; все вместе они сотрудничают в рамках {{нп3|IPTA|||International Pulsar Timing Array}}. Эта технология использует обычные радиотелескопы, но, поскольку они чувствительны к частотам в наногерцовом диапазоне и чувствительность детектора улучшается постепенно, для обнаружения сигнала требуется много лет. Текущие оценки приближаются к ожидаемым для астрофизических источников<ref>{{Cite news|last=Sesana|first=A.|title=Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band|date=2013-05-22|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters|issue=1|doi=10.1093/mnrasl/slt034|volume=433|pages=L1–L5|arxiv=1211.5375|bibcode=2013MNRAS.433L...1S}}</ref>.

=== Среднечастотные ===
В будущем существует возможность применения космических детекторов. [[Европейское космическое агентство]] выбрало гравитационно-волновую миссию как миссию L3, с запуском в 2034 году, текущей концепцией является [[Laser Interferometer Space Antenna|Лазерная Интерферометрическая Космическая Антенна]] (eLISA)<ref>{{Cite web|url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_s_new_vision_to_study_the_invisible_Universe|title=ESA's new vision to study the invisible universe|publisher=ESA|access-date=2013-11-29|archive-date=2018-10-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20181014023438/http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_s_new_vision_to_study_the_invisible_Universe|url-status=live}}</ref>. На стадии разработки находится японский проект {{нп3|DECIGO|||Deci-hertz Interferometer Gravitational wave Observatory}} (интерферометр гравитационных волн в децигерцевом диапазоне).

== Научный потенциал ==
[[Астрономия]] традиционно полагалась на электромагнитное излучение, начав с [[Оптическая астрономия|видимого света]] и с развитием технологий взяв на вооружение другие части [[Электромагнитный спектр|электромагнитного спектра]], от [[Радиоастрономия|радиоизлучения]] и до [[Гамма-астрономия|гамма-лучей]]. Каждая новая полоса частот давала новый взгляд на Вселенную и предвещала новые открытия<ref>{{книга |заглавие=Cosmic century: a history of astrophysics and cosmology |издательство=[[Издательство Кембриджского университета|Cambridge University Press]] |isbn=1107669367 |ref=Longair |язык=en |автор=Longair, Malcolm |год=2012}}</ref>. В конце XX века регистрация [[Солнечные нейтрино|солнечных нейтрино]] создала новую отрасль [[Нейтринная астрономия|нейтринной астрономии]], дающей представление о ранее недоступных исследователям явлениях, таких как внутренние процессы [[Солнце|Солнца]]<ref>{{книга |заглавие=Neutrino Astrophysics |ссылка=https://archive.org/details/neutrinoastrophy0000bahc |издательство=[[Издательство Кембриджского университета|Cambridge University Press]] |место=Cambridge |isbn=052137975X |издание=Reprinted. |ref=Bahcall |автор=Bahcall, John N. |год=1989 }}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/themes/physics/fusion/|title=How the Sun Shines|first=John|last=Bahcall|date=2000-06-09|publisher=[[Nobel Prize]]|access-date=2014-05-10|archive-date=2014-04-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20140420083850/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/themes/physics/fusion/|url-status=live}}</ref>. Так же и [[гравитационные волны]] дают ученым новый инструмент проведения астрофизических наблюдений.

Теоретической основой гравитационно-волновой астрономии служит [[общая теория относительности]]<ref name="Grish">''[[Грищук, Леонид Петрович|Грищук Л. П.]]'' Гравитационно-волновая астрономия // Эйнштейновский сборник 1986—1990. — М., Наука, 1990. — с. 329—350</ref>. Гравитационные волны позволяют получить дополнительную информацию к полученной другими средствами. Комбинируя наблюдения одного события с использованием различных средств, можно получить более полное представление о свойствах источника. Гравитационные волны можно использовать для наблюдения систем невидимых (или которые почти невозможно обнаружить) для любых других средств, например, они предоставляют уникальный метод изучения свойств черных дыр.

Благодаря современным детекторам гравитационных волн, работающих на частотах 1 кГц, можно изучать состояние Вселенной после [[Большой взрыв|Большого взрыва]] при температуре <math>10^{11}</math> Гэв, что значительно выше тех энергий, до которых современные ускорители могут разогнать элементарные частицы<ref name = "Sagin"></ref><ref name="Grish"></ref>.

Многие системы излучают гравитационные волны, но, для чтобы создать сигнал, который можно обнаружить, источник должен состоять из очень массивных объектов, движущихся со скоростью близкой к [[Скорость света|скорости света]]. Основным источником гравитационных волн являются двойные системы из двух [[Компактная звезда|компактных объектов]]. Примеры таких систем:
* Компактные двойные системы из двух объектов звездных масс, вращающихся близко друг к другу, такие как [[Белый карлик|белые карлики]], [[Нейтронная звезда|нейтронные звезды]] или [[Чёрная дыра|черные дыры]]. Более широкие двойные системы, которые имеют более низкие орбитальные частоты, являются источником для таких детекторов, как [[Laser Interferometer Space Antenna|LISA]]<ref>{{Cite news|last=Nelemans|first=Gijs|title=The Galactic gravitational wave foreground|date=2009-05-07|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=9|doi=10.1088/0264-9381/26/9/094030|volume=26|pages=094030|arxiv=0901.1778|bibcode=2009CQGra..26i4030N}}</ref><ref>{{Cite news|last=Stroeer|first=A|title=The LISA verification binaries|date=2006-10-07|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=19|doi=10.1088/0264-9381/23/19/S19|volume=23|pages=S809–S817|arxiv=astro-ph/0605227|bibcode=2006CQGra..23S.809S|author2=Vecchio, A}}</ref>. Более плотные двойные системы создают сигнал для таких наземных детекторов, как [[LIGO]]<ref>{{Cite news|last=Abadie|first=J|title=Predictions for the rates of compact binary coalescences observable by ground-based gravitational-wave detectors|date=2010-09-07|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=17|doi=10.1088/0264-9381/27/17/173001|volume=27|pages=173001|arxiv=1003.2480|bibcode=2010CQGra..27q3001A|author2=et al.|last3=Abbott|first3=R.|last4=Abernathy|first4=M.|last5=Accadia|first5=T.|last6=Acernese|first6=F.|last7=Adams|first7=C.|last8=Adhikari|first8=R.|last9=Ajith|first9=P.|last10=Allen|first10=B.|last11=Allen|first11=G.|last12=Amador Ceron|first12=E.|last13=Amin|first13=R. S.|last14=Anderson|first14=S. B.|last15=Anderson|first15=W. G.|last16=Antonucci|first16=F.|last17=Aoudia|first17=S.|last18=Arain|first18=M. A.|last19=Araya|first19=M.|last20=Aronsson|first20=M.|last21=Arun|first21=K. G.|last22=Aso|first22=Y.|last23=Aston|first23=S.|last24=Astone|first24=P.|last25=Atkinson|first25=D. E.|last26=Aufmuth|first26=P.|last27=Aulbert|first27=C.|last28=Babak|first28=S.|last29=Baker|first29=P.|last30=Ballardin|first30=G.|display-authors=29}}</ref>. Наземные детекторы способны обнаружить двойные системы, содержащие [[Чёрные дыры средней массы|чёрную дыру средней массы]] или несколько сотен солнечных масс<ref>{{Cite web|url=http://www.sr.bham.ac.uk/gwgroup/science.php#150305953|title=Measuring Intermediate-Mass Black-Hole Binaries with Advanced Gravitational Wave Detectors|publisher=University of Birmingham|access-date=2015-11-28|website=Gravitational Physics Group|archive-date=2018-09-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20180906090501/http://www.sr.bham.ac.uk/gwgroup/science.php#150305953|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.ligo.org/science/Publication-S6IMBH/index.php|title=Observing the invisible collisions of intermediate mass black holes|access-date=2015-11-28|website=LIGO Scientific Collaboration|archive-date=2019-02-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20190212070712/https://www.ligo.org/science/Publication-S6IMBH/index.php|url-status=live}}</ref>.
* Двойные системы из [[Сверхмассивная чёрная дыра|сверхмассивных чёрных дыр]], состоящих из двух чёрных дыр с массами 10<sup>5</sup>−10<sup>9</sup> [[Солнечная масса|масс Солнца]]. Сверхмассивные чёрные дыры находятся в центрах галактик. Когда галактики сливаются, их центральные сверхмассивные чёрные дыры, предположительно, тоже сливаются<ref>{{Cite news|last=Volonteri|first=Marta|title=The Assembly and Merging History of Supermassive Black Holes in Hierarchical Models of Galaxy Formation|date=2003-01-10|journal=The Astrophysical Journal|issue=2|doi=10.1086/344675|volume=582|pages=559–573|arxiv=astro-ph/0207276|bibcode=2003ApJ...582..559V|author2=Haardt, Francesco|author3=Madau, Piero}}</ref>. Они являются потенциально самыми мощными гравитационно-волновыми источниками. Самые массивные двойные системы являются источником для детекторов PTA (pulsar timing array){{что}}<ref>{{Cite news|last=Sesana|first=A.|title=The stochastic gravitational-wave background from massive black hole binary systems: implications for observations with Pulsar Timing Arrays|date=2008-10-11|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|issue=1|doi=10.1111/j.1365-2966.2008.13682.x|volume=390|pages=192–209|arxiv=0804.4476|bibcode=2008MNRAS.390..192S|author2=Vecchio, A.|author3=Colacino, C. N.}}</ref>. Менее массивные двойные системы (около миллиона масс Солнца) являются источником для таких космических детекторов, как [[Laser Interferometer Space Antenna|LISA]]<ref name="eLISA/NGO">{{Cite news|last=Amaro-Seoane|first=Pau|title=Low-frequency gravitational-wave science with eLISA/NGO|date=2012-06-21|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=12|doi=10.1088/0264-9381/29/12/124016|volume=29|pages=124016|arxiv=1202.0839|bibcode=2012CQGra..29l4016A|author2=Aoudia, Sofiane; Babak, Stanislav; Binétruy, Pierre; Berti, Emanuele; Bohé, Alejandro; Caprini, Chiara; Colpi, Monica; Cornish, Neil J; Danzmann, Karsten; Dufaux, Jean-François; Gair, Jonathan; Jennrich, Oliver; Jetzer, Philippe; Klein, Antoine; Lang, Ryan N; Lobo, Alberto; Littenberg, Tyson; McWilliams, Sean T; Nelemans, Gijs; Petiteau, Antoine; Porter, Edward K; Schutz, Bernard F; Sesana, Alberto; Stebbins, Robin; Sumner, Tim; Vallisneri, Michele; Vitale, Stefano; Volonteri, Marta; Ward, Henry|last3=Babak|first3=Stanislav|last4=Binétruy|first4=Pierre|last5=Berti|first5=Emanuele|last6=Bohé|first6=Alejandro|last7=Caprini|first7=Chiara|last8=Colpi|first8=Monica|last9=Cornish|first9=Neil J.|last10=Danzmann|first10=Karsten|last11=Dufaux|first11=Jean-François|last12=Gair|first12=Jonathan|last13=Jennrich|first13=Oliver|last14=Jetzer|first14=Philippe|last15=Klein|first15=Antoine|last16=Lang|first16=Ryan N.|last17=Lobo|first17=Alberto|last18=Littenberg|first18=Tyson|last19=McWilliams|first19=Sean T.|last20=Nelemans|first20=Gijs|last21=Petiteau|first21=Antoine|last22=Porter|first22=Edward K.|last23=Schutz|first23=Bernard F.|last24=Sesana|first24=Alberto|last25=Stebbins|first25=Robin|last26=Sumner|first26=Tim|last27=Vallisneri|first27=Michele|last28=Vitale|first28=Stefano|last29=Volonteri|first29=Marta|last30=Ward|first30=Henry}}</ref>.
* Системы с чрезвычайно большим соотношением масс, состоящие из сверхмассивной чёрной дыры и вращающегося вокруг неё компактного объекта звёздной массы. Они являются источниками для таких детекторов, как [[Laser Interferometer Space Antenna|LISA]]<ref name="eLISA/NGO"/>. Системы с высоким [[эксцентриситет]]ом орбиты создают всплеск гравитационного излучения во время прохождения через перицентр<ref>{{Cite news|last=Berry|first=C. P. L.|title=Observing the Galaxy's massive black hole with gravitational wave bursts|date=2012-12-12|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|issue=1|doi=10.1093/mnras/sts360|volume=429|pages=589–612|arxiv=1210.2778|bibcode=2013MNRAS.429..589B|author2=Gair, J. R.}}</ref>. Системы с почти круговыми орбитами, которые, как ожидается, будут наблюдаться в конце орбитального сближения, излучают непрерывный спектр в пределах полосы частот детектора LISA<ref>{{Cite news|last=Amaro-Seoane|first=Pau|title=Intermediate and extreme mass-ratio inspirals—astrophysics, science applications and detection using LISA|date=2007-09-07|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=17|doi=10.1088/0264-9381/24/17/R01|volume=24|pages=R113–R169|arxiv=astro-ph/0703495|bibcode=2007CQGra..24R.113A|author2=Gair, Jonathan R|author3=Freitag, Marc|author4=Miller, M Coleman|author5=Mandel, Ilya|author6=Cutler, Curt J|author7=Babak, Stanislav}}</ref>. Орбитальное сближение систем с большим соотношением масс можно наблюдать на примере многих орбит. Благодаря этому они превосходно отражают особенности геометрии окружающего [[Пространство-время|пространства-времени]] и позволяют проверить точность [[Общая теория относительности|общей теории относительности]]<ref>{{Cite news|last=Gair|first=Jonathan|title=Testing General Relativity with Low-Frequency, Space-Based Gravitational-Wave Detectors|date=2013|journal=Living Reviews in Relativity|doi=10.12942/lrr-2013-7|volume=16|pages=7|arxiv=1212.5575|bibcode=2013LRR....16....7G|author2=Vallisneri, Michele|author3=Larson, Shane L.|author4=Baker, John G.}}</ref>.
Помимо двойных систем, есть и другие потенциальные источники:
* [[Сверхновая звезда|Сверхновые]] генерируют высокочастотные всплески гравитационных волн, которые могут обнаружить [[LIGO]] или [[Virgo]]<ref>{{Cite news|last=Kotake|first=Kei|title=Explosion mechanism, neutrino burst and gravitational wave in core-collapse supernovae|date=2006-04-01|journal=Reports on Progress in Physics|issue=4|doi=10.1088/0034-4885/69/4/R03|volume=69|pages=971–1143|arxiv=astro-ph/0509456|bibcode=2006RPPh...69..971K|author2=Sato, Katsuhiko|author3=Takahashi, Keitaro}}</ref>.
* Вращающиеся нейтронные звёзды с осевой асимметрией являются источником непрерывных высокочастотных волн<ref>{{Cite news|last=Abbott|first=B.|title=Searches for periodic gravitational waves from unknown isolated sources and Scorpius X-1: Results from the second LIGO science run|date=2007|journal=Physical Review D|issue=8|doi=10.1103/PhysRevD.76.082001|volume=76|pages=082001|arxiv=gr-qc/0605028|bibcode=2007PhRvD..76h2001A|author2=et al.|last3=Adhikari|first3=R.|last4=Agresti|first4=J.|last5=Ajith|first5=P.|last6=Allen|first6=B.|last7=Amin|first7=R.|last8=Anderson|first8=S.|last9=Anderson|first9=W.|last10=Arain|first10=M.|last11=Araya|first11=M.|last12=Armandula|first12=H.|last13=Ashley|first13=M.|last14=Aston|first14=S|last15=Aufmuth|first15=P.|last16=Aulbert|first16=C.|last17=Babak|first17=S.|last18=Ballmer|first18=S.|last19=Bantilan|first19=H.|last20=Barish|first20=B.|last21=Barker|first21=C.|last22=Barker|first22=D.|last23=Barr|first23=B.|last24=Barriga|first24=P.|last25=Barton|first25=M.|last26=Bayer|first26=K.|last27=Belczynski|first27=K.|last28=Berukoff|first28=S.|last29=Betzwieser|first29=J.|last30=Beyersdorf|first30=P.|display-authors=29}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.ligo.org/science/Publication-S6DirectedSNR/index.php|title=Searching for the youngest neutron stars in the galaxy|access-date=2015-11-28|website=LIGO Scientific Collaboration|archive-date=2019-02-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20190212070726/https://www.ligo.org/science/Publication-S6DirectedSNR/index.php|url-status=live}}</ref>.
* Процессы в ранней Вселенной, такие как [[Инфляционная модель Вселенной|инфляция]] или [[фазовый переход]]<ref>{{Cite news|last=Binétruy|first=Pierre|title=Cosmological backgrounds of gravitational waves and eLISA/NGO: phase transitions, cosmic strings and other sources|date=2012-06-13|journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics|issue=6|doi=10.1088/1475-7516/2012/06/027|volume=2012|pages=027–027|arxiv=1201.0983|bibcode=2012JCAP...06..027B|author2=Bohé, Alejandro|author3=Caprini, Chiara|author4=Dufaux, Jean-François}}</ref>.
* [[Космическая струна|Космические струны]], если они существуют, также могут производить гравитационное излучение<ref>{{Cite news|last=Damour|first=Thibault|title=Gravitational radiation from cosmic (super)strings: Bursts, stochastic background, and observational windows|date=2005|journal=Physical Review D|issue=6|doi=10.1103/PhysRevD.71.063510|volume=71|pages=063510|arxiv=hep-th/0410222|bibcode=2005PhRvD..71f3510D|author2=Vilenkin, Alexander}}</ref>. Обнаружение этих гравитационных волн подтвердит существование космических струн.
Гравитационные волны слабо взаимодействуют с веществом. Поэтому их трудно обнаружить и поэтому они могут свободно путешествовать по Вселенной, не [[Поглощение электромагнитного излучения|поглощаясь]] и не [[Рассеяние частиц|рассеиваясь]] как волны электромагнитного излучения. Таким образом, с помощью гравитационных волн можно увидеть центр плотных систем: ядро [[Сверхновая звезда|сверхновой]] или [[галактический центр]]. А также более отдалённые во времени события, чем при использовании электромагнитного излучения, поскольку [[Хронология Большого взрыва|ранняя Вселенная]] перед [[Рекомбинация (космология)|рекомбинацией]] была непрозрачна для света, но прозрачна для гравитационных волн.

Способность гравитационных волн свободно проходить сквозь вещество также означает, что [[Детектор гравитационных волн|гравитационно-волновые детекторы]], в отличие от обычных [[телескоп]]ов, не ограничены [[Поле зрения|полем зрения]], а наблюдают все небо. Однако детекторы имеют узконаправленную чувствительность, из-за чего их, среди прочего, объединяют в сеть детекторов<ref>{{Cite news|last=Schutz|first=Bernard F|title=Networks of gravitational wave detectors and three figures of merit|date=2011-06-21|journal=Classical and Quantum Gravity|issue=12|doi=10.1088/0264-9381/28/12/125023|volume=28|pages=125023|arxiv=1102.5421|bibcode=2011CQGra..28l5023S}}</ref>.

=== Во время космической инфляции ===
[[Инфляционная модель Вселенной|Космическая инфляция]], гипотетический период быстрого расширения Вселенная в первые 10<sup>−36</sup> секунд после [[Большой взрыв|Большого взрыва]], должна была стать источником гравитационных волн; они должны были оставить характерный след в [[Поляризация волн|поляризации]] реликтового излучения<ref>{{Cite news|last=Hu|first=Wayne|title=A CMB polarization primer|date=1997|journal=New Astronomy|issue=4|doi=10.1016/S1384-1076(97)00022-5|volume=2|pages=323–344|arxiv=astro-ph/9706147|bibcode=1997NewA....2..323H|author2=White, Martin}}</ref><ref>{{Cite news|last=Kamionkowski|first=Marc|title=Statistics of cosmic microwave background polarization|date=1997|journal=Physical Review D|issue=12|doi=10.1103/PhysRevD.55.7368|volume=55|pages=7368–7388|arxiv=astro-ph/9611125|bibcode=1997PhRvD..55.7368K|author2=Stebbins, Albert|last3=Stebbins|first3=Albert}}</ref><ref name="Grish"></ref>. По измерениям [[Микроволновое излучение|микроволнового]] излучения можно рассчитать свойства первичных гравитационных волн, и использовать эти данные, чтобы узнать больше о ранней Вселенной<ref name="Stern">''[[Штерн, Борис Евгеньевич|Борис Штерн]], [[Рубаков, Валерий Анатольевич|Валерий Рубаков]]''. Астрофизика. Троицкий вариант. — М., АСТ, 2020. — с. 116-131</ref>.

== Развитие ==
[[Файл:LIGO_control.jpg|справа|мини|230x230пкс|Комната управления LIGO в Генфорде]]
Как молодая область исследований гравитационно-волновая астрономия находится в стадии становления; тем не менее, в астрофизическом сообществе существует консенсус, что эта отрасль продолжит развиваться и станет неотъемлемой частью [[Многоканальная астрономия|многоканальной астрономии]] XXI века. Гравитационно-волновые наблюдения дополняют наблюдения [[Электромагнитный спектр|электромагнитного спектра]]<ref>{{Cite news|title=Looking for the Afterglow: The LIGO Perspective|url=http://www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue-7.pdf#page=10|date=2015-09|journal=LIGO Magazine|access-date=2015-11-28|issue=7|last1=Price|first1=Larry|page=10|archive-date=2015-11-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20151117121556/http://www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue-7.pdf#page=10}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.ligo.org/science/Publication-ObservingScenario/index.php|title=PLANNING FOR A BRIGHT TOMORROW: PROSPECTS FOR GRAVITATIONAL-WAVE ASTRONOMY WITH ADVANCED LIGO AND ADVANCED VIRGO|publisher=[[LIGO Scientific Collaboration]]|access-date=2015-12-31|archive-date=2018-12-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20181226042008/https://www.ligo.org/science/Publication-ObservingScenario/index.php|url-status=live}}</ref>. Эти волны обещают дать информацию, которую невозможно получить через электромагнитные волны. Электромагнитные волны на своем пути искажаются — поглощаются и вновь излучаются, что усложняет процесс получения информации об источнике. Гравитационные волны, напротив, слабо взаимодействуют с веществом, а поэтому не рассеиваются и не поглощаются. Эта особенность позволит астрономам по-новому посмотреть на центр сверхновой, звездную туманность и даже на столкновения галактических ядер.

Наземные детекторы гравитационных волн дали новые данные о фазе орбитального сближения и о слияниях двойных [[Чёрная дыра звёздной массы|черных дыр звездной массы]], и о двойных системах, состоящих из одной такой чёрной дыры и [[Нейтронная звезда|нейтронной звезды]] (которые также должны вызывать [[гамма-всплеск]]и). Они также могут обнаружить сигналы от коллапса ядра [[Сверхновая звезда|сверхновой]] и от периодических источников, таких как пульсары с малыми деформациями. Если верна гипотеза о некоторых видах [[Фазовый переход|фазовых переходов]] или о вихревых всплесков от длинных [[Космическая струна|космических струн]] в очень ранней Вселенной (в [[Хронология Большого взрыва|космическом времени]] около 10<sup>−25</sup> секунды), то их также можно будет обнаружить{{sfn|Cutler & Thorne|2002|loc=sec. 2}}. Космические детекторы, такие как LISA, должны будут обнаружить двойные системы [[Белый карлик|белых карликов]] [[Звёзды типа AM Гончих Псов|типа AM Гончих Псов]] (где происходит [[аккреция]] бедного [[водород]]ом вещества с компактной маломассивной гелиевой звезды на [[белый карлик]]), а также смогут наблюдать за слиянием [[Сверхмассивная чёрная дыра|сверхмассивных чёрных дыр]] и орбитальным сближением небольших объектов (между одной и тысячами [[Солнечная масса|солнечных масс]]) в такие чёрные дыры. LISA будет способна получать сигнал от тех же источников ранней Вселенной, что и наземные детекторы, но на более низких частотах и со значительно большей чувствительностью{{sfn|Cutler & Thorne|2002|loc=sec. 3}}.

Выявление эмитированных гравитационных волн является трудной задачей. Оно включает в себя создание ультрастабильных высококачественных лазеров и детекторов, откалиброванных с чувствительностью не менее 2·10<sup>−22</sup> Гц<sup>−1/2</sup>, как показано на наземном детекторе, GEO600<ref>См. {{harvnb|Seifert F., et al.|2006|loc=sec. 5}}.</ref>. Кроме того, было показано, что даже в результате крупных астрономических событий, таких как взрывы сверхновых, гравитационные волны могут затухать до чрезвычайно малых вибраций амплитудой с диаметр атома<ref>См. {{harvnb|Golm|Potsdam|2013|loc=sec. 4}}.</ref>.

== Примечания ==
{{Примечания}}

== Литература ==
* {{публикация
 | автор         = Cutler, Curt; Thorne, Kip S.
 | часть         = An overview of gravitational-wave sources
 | заглавие      = Proceedings of 16th International Conference on General Relativity and Gravitation (GR16)
 | издательство  = [[World Scientific]]
 | год           = 2002
 | pages         = 4090
 | isbn          = 981-238-171-6
 | arxiv         = gr-qc/0204090
 | bibcode       = 2002gr.qc.....4090C
 | ref           = Cutler & Thorne
}}
* {{h|GolmPotsdam|2013|{{citation
 |title=Gravitational Wave Astronomy
 |url=http://www.einstein-online.info/elementary/gravWav
 |publisher=Max Planck Institute for Gravitational Physics
 |access-date=2013-01-24
 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130206024717/http://www.einstein-online.info/elementary/gravWav
 |archive-date=2013-02-06
 |url-status=dead
 }}}}
* {{публикация |статья |ссылка=https://pure.mpg.de/rest/items/item_150890/component/file_150889/content |автор=Seifert, F., Kwee, P., Heurs, M., Willke, B., & Danzmann, K |заглавие=Laser power stabilization for second-generation gravitational wave detectors |издание=Optics letters |год=2006 |том=31 |номер=13 |страницы=2000—2002 |doi=10.1364/OL.31.002000 |pmid=16770412 |ref=Seifert F., et al.}}

== Ссылки ==

* [Http://www.ligo.org LIGO Scientific Collaboration — Научное сотрудничество LIGO, на английском]{{ref-en}}
* [Http://astrogravs.nasa.gov/docs/index.html AstroGravS: Архив астрофизических гравитационно-волновых источников]{{ref-en}}
* [https://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html Видео (4:36) — Обнаружение гравитационной волны], {{iw|Деннис Овербай|Деннис Овербай|en|Dennis Overbye}}, [[The New York Times|Нью-Йорк Таймс]] (11 февраля 2016 года){{ref-en}}
* [Https://www.youtube.com/watch?v=vy5vDtviIz0 Видео (71:29) — Пресс-конференция объявляет открытие: «LIGO обнаруживает гравитационные волны»], [[Национальный научный фонд]] (11 февраля 2016 года){{ref-en}}

{{Внешние ссылки}}
{{Гравитационные телескопы}}

[[Категория:Гравитационно-волновая астрономия| ]]
[[Категория:Астрофизика]]
[[Категория:Гравитация|Волновая астрономия]]
[[Категория:Общая теория относительности]]