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

Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны

Трансжиры часто называют бичом XX века

РБК
Маленький парк в большом городе: как и почему урбанисты разбивают камерные сады Маленький парк в большом городе: как и почему урбанисты разбивают камерные сады

Разбираемся, в чем прелесть мини-парков и какие они бывают

СНОБ
Эскортница, ставшая политиком: как Марта Ришар изменила жизнь всей Франции Эскортница, ставшая политиком: как Марта Ришар изменила жизнь всей Франции

До самой смерти Марте Ришар припоминали ее прошлое

Cosmopolitan
Зло слов: краткая история оскорблений и ругательств Зло слов: краткая история оскорблений и ругательств

Жить в страшно оскорбленном мире неинтересно, зато интересно, как это начиналось

Maxim
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
5 фильмов с Гаспаром Ульельем, которые стоит пересмотреть прямо сейчас 5 фильмов с Гаспаром Ульельем, которые стоит пересмотреть прямо сейчас

Мы вспоминаем самые яркие моменты улетевшей кометы по имени Гаспар Ульель

Maxim
Съешь меня: 5 научных фактов о бананах Съешь меня: 5 научных фактов о бананах

Как бананы влияют на здоровье и кому могут навредить?

РБК
Как довести девушку до оргазма: 5 важных нюансов, которые тебе стоит знать Как довести девушку до оргазма: 5 важных нюансов, которые тебе стоит знать

Женский оргазм и все, что о нем тебе нужно знать

Playboy
Сады в облаках: пять зданий с вертикальным озеленением Сады в облаках: пять зданий с вертикальным озеленением

Экологическая повестка сегодня в тренде даже у строителей

Playboy
Тепло ли тебе, девица? Тепло ли тебе, девица?

Минималистичная квартира, “согретая” живыми материалами

AD
Физики создали оптическую квантовую батарею на сверхпоглощении Физики создали оптическую квантовую батарею на сверхпоглощении

Физики впервые продемонстрировали эффект сверхпоглощения света

N+1
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
Интервью с Клэр Фой: от королевы Елизаветы до «Грязной герцогини» Интервью с Клэр Фой: от королевы Елизаветы до «Грязной герцогини»

Одним из самых ожидаемых сериалов точно можно назвать «Очень британский скандал»

Cosmopolitan
Секреты красоты Кейт Миддлтон: фитнес-клуб принцессы Дианы и трюки с диетами Секреты красоты Кейт Миддлтон: фитнес-клуб принцессы Дианы и трюки с диетами

Как Кейт Миддлтон удается выглядеть так великолепно?

Cosmopolitan
Эффект стереотипов: почему мы симпатизируем одному миллиардеру сильнее, чем группе богачей Эффект стереотипов: почему мы симпатизируем одному миллиардеру сильнее, чем группе богачей

Почему мы терпимо относимся к богатству отдельных людей?

VC.RU
11 упражнений с гирей для новичков и профессиональных спортсменов 11 упражнений с гирей для новичков и профессиональных спортсменов

Тренировки с гирей улучшают общее состояние организма

РБК
Анатолий Найман. «Я прощаюсь с этим временем навек» Анатолий Найман. «Я прощаюсь с этим временем навек»

Вспоминаем одного из знаковых людей отечественной литературы — Анатолия Наймана

СНОБ
Как мы перестали бояться неведомых демонов и начали бояться самих себя Как мы перестали бояться неведомых демонов и начали бояться самих себя

10 сериалов про борьбу за психическое здоровье

СНОБ
Давние страницы: 5 увлекательных исторических книг Давние страницы: 5 увлекательных исторических книг

Подборка отличных исторических романов

Популярная механика
Без «пжлст», мемов и капслока: правила делового общения в мессенджерах Без «пжлст», мемов и капслока: правила делового общения в мессенджерах

Почему не стоит использовать в деловой переписке капслок и сокращения?

Forbes
Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа

Как летчики выполняют фигуры пилотажа?

Популярная механика
Домашний вытрезвитель: как быстро вывести алкоголь из организма Домашний вытрезвитель: как быстро вывести алкоголь из организма

Что делать, если похмелье затянулось?

VOICE
Оксиды азота и озон помешали насекомым-опылителям найти цветки Оксиды азота и озон помешали насекомым-опылителям найти цветки

Загрязнение воздуха снизило численность опылителей и количество посещений цветов

N+1
«С самых низов»: как Дина Хабирова прошла путь от хостес до успешного ресторатора «С самых низов»: как Дина Хабирова прошла путь от хостес до успешного ресторатора

Дина Хабирова уже более 25 лет работает в ресторанном бизнесе

Forbes
Большая игра Большая игра

Для Бена Аффлека прошлый год оказался насыщенным на события

OK!
Почему котики такие милые? Этому есть 8 научно обоснованных причин Почему котики такие милые? Этому есть 8 научно обоснованных причин

Почему кошки кажутся нам маленькими детьми?

Cosmopolitan
У берегов Антарктиды обнаружили крупнейшее в мире нерестилище рыб. Оно размером с Копейск У берегов Антарктиды обнаружили крупнейшее в мире нерестилище рыб. Оно размером с Копейск

На дне моря Уэдделла расположено около 60 миллионов гнезд китовых белокровок

N+1
5 причин все же посмотреть «Этерна: Часть первая» 5 причин все же посмотреть «Этерна: Часть первая»

«Этерна: Часть первая» — какой получилась экранизация русского фэнтези

Maxim
Витает в воздухе Витает в воздухе

Творческий путь архитекторов из японского бюро SANAA

AD
Мать «Стар Трека» и «бабушка» Netflix: как Люсиль Болл изменила мир сериалов Мать «Стар Трека» и «бабушка» Netflix: как Люсиль Болл изменила мир сериалов

Люсиль Болл изменила сериальную индустрию

Forbes
Открыть в приложении