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

Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты

Самые необычные и интересные книги о насекомых

Популярная механика
Топ-12 сериалов 2021 года, которые ты могла пропустить Топ-12 сериалов 2021 года, которые ты могла пропустить

Мейр из Исстауна, Белый лотос и другие сериалы 2021, которые нельзя пропустить

Cosmopolitan
«Галилей и отрицатели науки» «Галилей и отрицатели науки»

Отрывок из книги «Галилей и отрицатели науки» о жизни Галилея в Падуе

N+1
Третья версия интернета Третья версия интернета

Технология, за которой следят пристальней, чем за раскрученной метавселенной

Forbes
10 интересных находок в Google Earth 10 интересных находок в Google Earth

Google Earth позволяет каждому заглянуть в самые удаленные уголки планеты

Популярная механика
Появление Оленеостровского могильника связали с самым суровым голоценовым похолоданием Появление Оленеостровского могильника связали с самым суровым голоценовым похолоданием

Погребения этого памятника относятся к самому суровому глобальному похолоданию

N+1
У кого самый маленький член и где прячется ее оргазм: 35 удивительных фактов о половых органах У кого самый маленький член и где прячется ее оргазм: 35 удивительных фактов о половых органах

Размер имеет значение, но не только он

Playboy
Империя зла: почему иностранцы считают русских недружелюбными Империя зла: почему иностранцы считают русских недружелюбными

Иностранцы считают русских неприветливыми, но на самом деле мы совсем не злые

Cosmopolitan
«Мемориал»* в цифрах и фактах «Мемориал»* в цифрах и фактах

История организации, исследовавшей политические репрессии в СССР

Дилетант
Капитализм сбился с пути: почему нечистоплотные бизнесмены всегда терпят крах Капитализм сбился с пути: почему нечистоплотные бизнесмены всегда терпят крах

Отрывок из книги «Этичный капиталист» — почему отношение к сотрудникам так важно

Forbes
Антропология контекста Антропология контекста

Политика памяти и забвения в «Бабьем Яре» Сергея Лозницы

Weekend
Скучают ли кошки, когда остаются одни? Вот что говорят ученые Скучают ли кошки, когда остаются одни? Вот что говорят ученые

Существует стереотип, что кошки отлично справляются с разлукой. Так ли это?

Cosmopolitan
Почему выпадают волосы и как вернуть объем прическе Почему выпадают волосы и как вернуть объем прическе

Волосы стали выпадать сильнее? Для этого наверняка есть причины

VOICE
125 лет лампочке Эдисона: изобретение, перевернувшее мир 125 лет лампочке Эдисона: изобретение, перевернувшее мир

Более полутора веков назад изобретатели начали работать над блестящей идеей

Популярная механика
Успешный успех на бумаге: полезны ли книги по саморазвитию Успешный успех на бумаге: полезны ли книги по саморазвитию

Почему чуда от книг по саморазвитию не происходит?

Популярная механика
«Неправильно выбрали инвесторов»: сооснователь Viber Игорь Магазинник о продаже Juno и «стартап-чуде» в Израиле «Неправильно выбрали инвесторов»: сооснователь Viber Игорь Магазинник о продаже Juno и «стартап-чуде» в Израиле

Главное из интервью сооснователя Viber и Juno проекту «Русские норм»

VC.RU
Внутри мозга: 5 заблуждений, опровергнутых наукой Внутри мозга: 5 заблуждений, опровергнутых наукой

Человеческий мозг окружен множеством мифов, есть ли среди них правдивые?

Популярная механика
Мечта шахтера Мечта шахтера

Эрни Форд не знал, что шахтерская песенка «Шестнадцать тонн» прославит его

Вокруг света
Как рассказать о своем фетише Как рассказать о своем фетише

Как выбрать подходящий момент, чтобы рассказать о своих фантазиях?

GQ
Чем отличается ультрабук от ноутбука и что лучше выбрать Чем отличается ультрабук от ноутбука и что лучше выбрать

Ультрабуки часто сравнивают и путают с ноутбуками

Playboy
На Алтае нашли древнюю мумию ребенка в шелковой одежде На Алтае нашли древнюю мумию ребенка в шелковой одежде

Археологи исследовали мумию ребенка трех-шести лет I-III веков нашей эры

N+1
Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины

Легенды о Бермудском треугольнике ходят еще со времен Колумба

Популярная механика
Полеты на паутине и отстрел зомби: топ-7 игр, наполненных духом Рождества Полеты на паутине и отстрел зомби: топ-7 игр, наполненных духом Рождества

Подборка самых интересных релизов, чтобы ты не скучал на новогодних праздниках

Maxim
Как оформить договор купли-продажи автомобиля. Полная инструкция Как оформить договор купли-продажи автомобиля. Полная инструкция

Разбираемся в нюансах заполнения ДКП

РБК
Микроорганизмы выдержали экстремально высокие температуры из-за ускоренного метаболизма Микроорганизмы выдержали экстремально высокие температуры из-за ускоренного метаболизма

Эти микроорганизмы способны существовать при температуре 120 градусов Цельсия

N+1
9 неожиданных способов есть привычные продукты 9 неожиданных способов есть привычные продукты

Горячее пиво, замороженный зефир и другие странности из мира кулинарии

Maxim
S-Class на минималках? Тест-драйв нового Mercedes-Benz C-Class S-Class на минималках? Тест-драйв нового Mercedes-Benz C-Class

Рассматриваем Mercedes-Benz C-Class нового поколения

Популярная механика
Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа

Как летчики выполняют фигуры пилотажа?

Популярная механика
Мегапиксели не решают: какие характеристики камеры смартфона не менее важны Мегапиксели не решают: какие характеристики камеры смартфона не менее важны

На какие характеристики камеры смартфона стоит обращать внимание

CHIP
Как запустить командную строку в Windows: 4 простых способа Как запустить командную строку в Windows: 4 простых способа

Как открыть командную строку?

CHIP
Открыть в приложении