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
Грибы мои снежные Грибы мои снежные

С непривычки странно видеть крепкие, сочные грибы, растущие прямо из снега

Наука и жизнь
Как убрать живот: что есть и какие упражнения делать, чтобы похудеть в талии Как убрать живот: что есть и какие упражнения делать, чтобы похудеть в талии

Как сделать живот более плоским?

Cosmopolitan
Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР

Как менялось отношение к Холокосту.

СНОБ
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
Быт или не быт! Добро пожаловать в гости к настоящему британцу Быт или не быт! Добро пожаловать в гости к настоящему британцу

Правила британского дома: как не опозориться, собравшись в гости к англичанину

Популярная механика
Давка в «Сокольниках»: как связаны гибель 13 детей и появление советской жвачки Давка в «Сокольниках»: как связаны гибель 13 детей и появление советской жвачки

Как появилась советская жвачка?

Cosmopolitan
Работник картофельного склада и другие необычные Работник картофельного склада и другие необычные

Звездой может стать любой — эти тиктокеры тому доказательство

Playboy
Экспертное мнение: это портит волосы! Экспертное мнение: это портит волосы!

Так ли безобидна твоя расческа или резинка для волос, как кажется?

Лиза
Стокгольмский синдром Стокгольмский синдром

Что заставляет женщин испытывать чувства к мужчинам с плохой репутацией?

Cosmopolitan
Из другого теста: как шеф-повар построил бизнес на 900 млн рублей на римской пицце Из другого теста: как шеф-повар построил бизнес на 900 млн рублей на римской пицце

Как шеф-повар построил целую сеть «темных» и «облачных» кухонь

Forbes
Валерия Ободзинская: Валерия Ободзинская:

Валерия Ободзинская рассказывает о своем отце Валерии Ободзинском

Караван историй
Как инженер из Саратова создал компанию на рынке водородной авиации и привлек $10 млн Как инженер из Саратова создал компанию на рынке водородной авиации и привлек $10 млн

Алексей Иваненко начинал свою карьеру менеджером по рекламе в «Роснано»

Forbes
Ела бы и ела: Какие продукты еще сильнее разжигают аппетит Ела бы и ела: Какие продукты еще сильнее разжигают аппетит

Если ты хочешь похудеть, стоит избегать этих продуктов

Лиза
Microsoft купит разработчика Call of Duty и World of Warcraft почти за $70 миллиардов. Что это значит для игровой индустрии? Microsoft купит разработчика Call of Duty и World of Warcraft почти за $70 миллиардов. Что это значит для игровой индустрии?

В соцсетях дружно хоронят Blizzard, которую купил Microsoft

Esquire
О шахматах, Корчном и Каспарове. Отрывок из книги гроссмейстера Анатолия Карпова О шахматах, Корчном и Каспарове. Отрывок из книги гроссмейстера Анатолия Карпова

Фрагмент из автобиографии знаменитого гроссмейстера Анатолия Карпова

СНОБ
Отсекаем лишнее Отсекаем лишнее

Главные действующие лица на арене минималистской архитектуры

AD
Картина, написанная служанкой Картина, написанная служанкой

Необычная история портрета графа Орлова-Чесменского

Дилетант
Как и зачем бренды и артисты проникли в видеоигры: репортаж Esquire из виртуальной реальности Как и зачем бренды и артисты проникли в видеоигры: репортаж Esquire из виртуальной реальности

Почему люди готовы тратить тысячи (а иногда и миллионы) на виртуальные предметы?

Esquire
Рождество в главной роли: фильмы о светлом празднике Рождество в главной роли: фильмы о светлом празднике

Устраивайтесь поудобнее и погружайтесь в мир волшебства и хорошего настроения

Cosmopolitan
Диета Николь Кидман: как помолодеть и похудеть на 10 кг за две недели Диета Николь Кидман: как помолодеть и похудеть на 10 кг за две недели

Вот уже несколько лет Николь Кидман сидит на омолаживающей диете

VOICE
7 ошибок в стиле, которые подчеркнут живот, — разбираем на примере звезд 7 ошибок в стиле, которые подчеркнут живот, — разбираем на примере звезд

Каких ошибок в стиле стоит избегать — объясняем на примере звезд

Cosmopolitan
Электрокары: правда ли они такие «зеленые», какими кажутся Электрокары: правда ли они такие «зеленые», какими кажутся

Насколько электрокары «зеленые» на самом деле?

Playboy
Грибной культ Грибной культ

История взаимоотношений трюфеля и человека

Forbes
Как правильно ставить цели на новый год Как правильно ставить цели на новый год

Как ставить цели так, чтобы точно их достичь?

Maxim
Наталья Янанис Наталья Янанис

Наталья Янанис пережила страшную зиму 1941/1942-го в Ленинграде

Собака.ru
Нуар, Уильям Фолкнер и Ветхий Завет: кем вдохновлялись братья Коэн? Нуар, Уильям Фолкнер и Ветхий Завет: кем вдохновлялись братья Коэн?

Арен Ванян вспомнил все обращения братьев Коэн к литературе

Esquire
Смена привычек. Зимний тест электрического Jaguar i-Pace Смена привычек. Зимний тест электрического Jaguar i-Pace

Как тест Jaguar i-Pace превратился в проверку городской зарядной инфраструктуры

РБК
Свинья в губной помаде, лук-порей и лаваш: как понять язык стартапера Свинья в губной помаде, лук-порей и лаваш: как понять язык стартапера

Стартаперы всего мира говорят на специальном стартаперском языке

Forbes
Настройки яркости Настройки яркости

7 способов прокачать в себе харизму

Лиза
Открыть в приложении