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

Человек в поисках смысла Человек в поисках смысла

Теория поиска смысла жизни, которая помогает пережить ад на земле

kiozk originals
Таскала трубы и лезла в юбке на крышу: как женщины работают в сфере строительства Таскала трубы и лезла в юбке на крышу: как женщины работают в сфере строительства

Стройка — не женское дело? Наши героини опровергают этот стереотип

Forbes
Скандальный дайджест: стереотипы про русских, вторжение в «Бойцовский клуб» и устарелые гномы Скандальный дайджест: стереотипы про русских, вторжение в «Бойцовский клуб» и устарелые гномы

Обзор тревожных, оскорбительных, неосторожных и прочих сомнительных жестов

GQ
В бешмете и черкеске В бешмете и черкеске

Некоторые элементы одежды горцев стали частью униформы русской армии

Дилетант
«В равенстве нет ничего сложного»: как Элис Пол возглавила борьбу суфражисток в США «В равенстве нет ничего сложного»: как Элис Пол возглавила борьбу суфражисток в США

Как Элис Пол добилась того, чтобы пункт о равенстве полов внесли в устав ООН

Forbes
Ошибки молодости Ошибки молодости

Лозунг «Молодым везде у нас дорога» мода, похоже, восприняла буквально

Vogue
Электрический сноуборд Электрический сноуборд

Настало время познакомиться с модным зеленым сноубордом ELIQ на электротяге

Популярная механика
Тонизирует, улучшает работу мозга и еще 8 полезных свойств зеленого чая Тонизирует, улучшает работу мозга и еще 8 полезных свойств зеленого чая

Какую пользу приносит зеленый чай нашему организму?

Cosmopolitan
Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...» Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...»

Игорь Гудков (он же Панкер) был завсегдатаем питерского рок-клуба

Коллекция. Караван историй
Переход в облако только начинается, а прогнозы о будущем метавселенных могут не сбыться: тренды до 2030 года Переход в облако только начинается, а прогнозы о будущем метавселенных могут не сбыться: тренды до 2030 года

Даже становясь лучше, новые технологии не смогут заменить старые и привычные

VC.RU
Уникальные люди со сверхспособностями: ошибка природы или альтернативная анатомия Уникальные люди со сверхспособностями: ошибка природы или альтернативная анатомия

Современная наука знает о человеческом организме практически все

Playboy
Невероятный медицинский случай: в головном мозге мужчины обнаружили «островок» плесени. Пациент при этом выжил Невероятный медицинский случай: в головном мозге мужчины обнаружили «островок» плесени. Пациент при этом выжил

«Честно говоря, я не могу поверить, что ты жив»

Популярная механика
Распахнули веки! Бибер, Хадид, Лайвли и другие звезды, изменившие разрез глаз Распахнули веки! Бибер, Хадид, Лайвли и другие звезды, изменившие разрез глаз

Кто из западных звезд скорректировал доставшийся им от природы разрез глаз?

Cosmopolitan
Его время Его время

Николас Холт: о стремительном настоящем времени и непредсказуемом прошлом

GQ
Как набрать вес мужчине худощавого телосложения: сборник бесценных советов Как набрать вес мужчине худощавого телосложения: сборник бесценных советов

Как начать свой путь к идеальному спортивному телу?

Playboy
Палеопатологи обнаружили в Синьцзяне останки древнего кочевника с анкилозом коленного сустава Палеопатологи обнаружили в Синьцзяне останки древнего кочевника с анкилозом коленного сустава

Ученые нашли свидетельство раннего случая анкилоза коленного сустава

N+1
Витает в воздухе Витает в воздухе

Творческий путь архитекторов из японского бюро SANAA

AD
Несладкая жизнь Несладкая жизнь

Исследователи называют сахар ингредиентом, вызывающим сильное привыкание

Лиза
Как разбиваются мечты: история Кайла Хиппчена, который выиграл билет в космос, но не смог полетать из-за лишнего веса Как разбиваются мечты: история Кайла Хиппчена, который выиграл билет в космос, но не смог полетать из-за лишнего веса

История большой дружбы, разбитого сердца и космоса

Популярная механика
Камышовки нашли дорогу домой благодаря магнитным указателям остановки миграции Камышовки нашли дорогу домой благодаря магнитным указателям остановки миграции

Камышки завершают миграцию в точках с определенным магнитным наклонением

N+1
«Событие»: фильм об аборте, который потряс Венецианский кинофестиваль «Событие»: фильм об аборте, который потряс Венецианский кинофестиваль

«Событие» — чем бытовая драма удивила зрителей и прессу?

Forbes
Анна Банщикова. Время женщин Анна Банщикова. Время женщин

Женщинам вообще тяжелее по многим параметрам

Коллекция. Караван историй
Неживотная пища Неживотная пища

Рынок растительных продуктов растет активными темпами

Агроинвестор
Мода, гастрономия, анимация: успешные российские индустрии за рубежом Мода, гастрономия, анимация: успешные российские индустрии за рубежом

Какие отечественные бренды и проекты добиваются заметных успехов за рубежом

РБК
10 самых распространенных кошмаров, и о каких проблемах они сигналят 10 самых распространенных кошмаров, и о каких проблемах они сигналят

Иногда с помощью кошмарного сна твое подсознание пытается до тебя достучаться

Maxim
10 продуктов, которые самые здоровые люди на планете едят каждый день 10 продуктов, которые самые здоровые люди на планете едят каждый день

Что такого бы съесть, чтобы оздоровиться и чувствовать себя на все сто?

Cosmopolitan
10 полезных свойств куркумы и куркумина для здоровья, проверенных наукой 10 полезных свойств куркумы и куркумина для здоровья, проверенных наукой

Полезные свойства куркумы, которые были научно доказаны

Cosmopolitan
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
ЗОЖ вам! ЗОЖ вам!

То, что здоровая еда нужна и интересна только женщинам, – это стереотип

Домашний Очаг
«Адская молотилка». Десять выстрелов в минуту в одну точку «Адская молотилка». Десять выстрелов в минуту в одну точку

Российская армия приняла на вооружение артиллерийского монстра

Популярная механика
Открыть в приложении