Начинается эра нового метода — гравитационно-волновой астрономии

Популярная механикаНаука

Как устроен детектор гравитационных аномалий: бессмертное наследие Эйнштейна

Спустя сто лет после теоретического предсказания, которое в рамках общей теории относительности сделал Альберт Эйнштейн, ученым удалось подтвердить существование гравитационных волн. Начинается эра принципиально нового метода изучения далекого космоса – гравитационно-волновой астрономии.

Сергей Попов

Открытия бывают разные. Бывают случайные, в астрономии они встречаются часто. Бывают не совсем случайные, сделанные в результате тщательного «прочесывания местности», как, например, открытие Урана Вильямом Гершелем. Бывают серендипические — когда искали одно, а нашли другое: так, например, открыли Америку. Но особое место в науке занимают запланированные открытия. Они основаны на четком теоретическом предсказании. Предсказанное ищут в первую очередь для того, чтобы подтвердить теорию. Именно к таким открытиям относятся обнаружение бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере и регистрация гравитационных волн с помощью лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Но для того чтобы зарегистрировать какое-то предсказанное теорией явление, нужно довольно неплохо понимать, что именно и где искать, а также какие инструменты необходимы для этого.

30df7127709c54894ab9e4187680ef15.jpg

Как устроен детектор LIGO

В лазерных интерферометрах LIGO и VIRGO луч лазера делится зеркалом и попадает в два перпендикулярных плеча. После того как свет в каждом плече пробегает туда и обратно несколько сотен раз, лучи вновь сходятся и интерферируют. Прибор настроен таким образом, чтобы максимум волны из одного плеча точно совпадал с минимумом из другого и результатом интерференции на детекторе был ноль. А если длина плеч меняется, то на детекторе появляется ненулевой сигнал. Именно ток, считываемый с фотодетектора, и содержит информацию о свойствах гравитационного сигнала. Таким образом можно очень точно измерить параметры волны, которая на протяжении десятков миллисекунд с высокой частотой сдвигает зеркала. Сам сдвиг был бы ничтожно маленьким, гораздо меньше размера протона. Но важно, что измеряется не прямо эта крошечная длина, а хорошо определяемые электрические параметры в силовой установке, возвращающей зеркало на место.

Что ищем

Гравитационные волны традиционно называют предсказанием общей теории относительности (ОТО), и это в самом деле так (хотя сейчас такие волны есть во всех моделях, альтернативных ОТО или же дополняющих ее). К появлению волн приводит конечность скорости распространения гравитационного взаимодействия (в ОТО эта скорость в точности равна скорости света). Такие волны — возмущения пространства-времени, распространяющиеся от источника. Для возникновения гравитационных волн необходимо, чтобы источник пульсировал или ускоренно двигался, но определенным образом. Скажем, движения с идеальной сферической или цилиндрической симметрией не подходят. Таких источников достаточно много, но часто у них маленькая масса, недостаточная для того, чтобы породить мощный сигнал. Ведь гравитация — самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, поэтому зарегистрировать гравитационный сигнал очень трудно. Кроме того, для регистрации нужно, чтобы сигнал быстро менялся во времени, то есть имел достаточно высокую частоту. Иначе нам не удастся его зарегистрировать, так как изменения будут слишком медленными. Значит, объекты должны быть еще и компактными.

1011cb0c45486e9533f752881835204d.jpg

Первоначально большой энтузиазм вызывали вспышки сверхновых, происходящие в галактиках вроде нашей раз в несколько десятков лет. Значит, если удастся достичь чувствительности, позволяющей видеть сигнал с расстояния в несколько миллионов световых лет, можно рассчитывать на несколько сигналов в год. Но позднее оказалось, что первоначальные оценки мощности выделения энергии в виде гравитационных волн во время взрыва сверхновой были слишком оптимистичными, и зарегистрировать подобный слабый сигнал можно было бы только в случае, если б сверхновая вспыхнула в нашей Галактике.

Еще один вариант массивных компактных объектов, совершающих быстрые движения, — нейтронные звезды или черные дыры. Мы можем увидеть или процесс их образования, или процесс взаимодействия друг с другом. Последние стадии коллапса звездных ядер, приводящие к образованию компактных объектов, а также последние стадии слияния нейтронных звезд и черных дыр имеют длительность порядка нескольких миллисекунд (что соответствует частоте в сотни герц) — как раз то что надо. При этом выделяется много энергии, в том числе (а иногда и в основном) в виде гравитационных волн, так как массивные компактные тела совершают те или иные быстрые движения. Вот они — наши идеальные источники.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Физика невозможного Физика невозможного

Научное исследование мира силовых полей, телепортации и путешествий во времени

kiozk originals
Мама, мне скучно... Мама, мне скучно...

Как научить ребенка развлекать себя самостоятельно

Лиза
Торий: спасет ли он планету от энергетического кризиса? Торий: спасет ли он планету от энергетического кризиса?

Элемент, названный в честь скандинавского бога, может спасти человечество

Популярная механика
Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку

Ученые смогли показать возможности квантовых процессоров на полупроводниках

N+1
Синтия Никсон — о новой Миранде, новом «Сексе в большом городе» и старой дружбе Синтия Никсон — о новой Миранде, новом «Сексе в большом городе» и старой дружбе

Сериал «И просто так» поделил фанатов «Секса в большом городе» на два лагеря

Esquire
Пастырь поколения. Михаил Кунин: Отец Александр Мень Пастырь поколения. Михаил Кунин: Отец Александр Мень

Отрывок из книги Михаила Кунина, в которой он создал портрет Александра Меня

СНОБ
Грибной культ Грибной культ

История взаимоотношений трюфеля и человека

Forbes
NX, ты не RAV! Тест-драйв нового (правда!) Lexus NX NX, ты не RAV! Тест-драйв нового (правда!) Lexus NX

Смена поколений для «Лексуса» прошла под знаком принятия самого себя

РБК
Нереальные вечеринки Нереальные вечеринки

За что американцы и японцы полюбили «Zoom для тусовщиков»

Forbes
В марсианском углероде нашли экстремальный отрицательный изотопный сдвиг В марсианском углероде нашли экстремальный отрицательный изотопный сдвиг

Как изотопный анализ помогает восстановить события на Красной планете?

N+1
Другой принц Уильям: история кузена Елизаветы II — плейбоя, погибшего в 30 лет Другой принц Уильям: история кузена Елизаветы II — плейбоя, погибшего в 30 лет

Другой принц Уильям — он собирался жениться по любви, но трагически погиб

Cosmopolitan
Татьяна Навка: В каждом из нас живет волшебник Татьяна Навка: В каждом из нас живет волшебник

Татьяна Навка начинает подготовку к праздникам с многочасовых репетиций на льду

Лиза
«На музыке: Наука о человеческой одержимости звуком» «На музыке: Наука о человеческой одержимости звуком»

Отрывок из книги Дэниела Левитина о том, как наш мозг воспринимает музыку

N+1
5 рецептов от зимней депрессии 5 рецептов от зимней депрессии

Как бороться с зимней депрессией?

Здоровье
Пизанская башня по-американски: история одной высотки, которая с каждым годом наклоняется все сильнее Пизанская башня по-американски: история одной высотки, которая с каждым годом наклоняется все сильнее

«Башня Тысячелетия» каждый год понемногу отклоняется от центральной оси

Популярная механика
«Кузов из фольги». Чем недовольны покупатели популярных автомобилей «Кузов из фольги». Чем недовольны покупатели популярных автомобилей

Чем недовольны люди, которые купили популярные в России автомобили

РБК
Как на нас влияет одиночество: болезни и причины Как на нас влияет одиночество: болезни и причины

Длительная изоляция может определенным образом влиять на нас.

Популярная механика
Сделано в СССР: 10 самых важных советских дизайн-решений Сделано в СССР: 10 самых важных советских дизайн-решений

Советский дизайн: от концепции «перспективного такси» до аналога «умных часов»

ТехИнсайдер
Рождество для детей: как устроить настоящий праздник Рождество для детей: как устроить настоящий праздник

Рождество можно превратить в сказку для детей. Мы расскажем, как это сделать

Cosmopolitan
История Анны Каминской, приемной внучки Ахматовой История Анны Каминской, приемной внучки Ахматовой

Удивительная судьба Анны Каминской — хранительницы ахматовского наследия

СНОБ
Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода

Как ученые планируют обезопасить использование водорода в качестве топлива?

Популярная механика
Из имамов в российские дворяне Из имамов в российские дворяне

После капитуляции в ауле Гуниб Шамиля ждал почётный плен в России

Дилетант
Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть? Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть?

Черные дыры — одни из самых странных объектов в космическом пространстве

Популярная механика
Недооцененный продукт: зачем есть чечевицу Недооцененный продукт: зачем есть чечевицу

Рассказываем, чем полезна чечевица и можно ли ей заменить мясо?

РБК
Из другого теста Из другого теста

Как шеф-повар построил бизнес с оборотом 900 млн рублей на римской пицце

Forbes
Самая жестокая мать Третьего рейха: как воспитывала детей Магда Геббельс Самая жестокая мать Третьего рейха: как воспитывала детей Магда Геббельс

Фрау Геббельс — дьявольский идеал матери в Германии

Cosmopolitan
Северный минимализм Северный минимализм

Интерьер в скандинавском стиле

SALON-Interior

Такого в кино не покажут

Playboy
Тотальный офлайн: когда и зачем в разных странах выключают интернет Тотальный офлайн: когда и зачем в разных странах выключают интернет

Примеры отключений «всемирной паутины» местными властями

Playboy
Идеально к лету: 10-минутная йога для подтянутого живота Идеально к лету: 10-минутная йога для подтянутого живота

Уделяем 10 минут в день йоге, и живот быстро подтянется!

VOICE
Открыть в приложении