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

5 суперспособностей кошек, о которых мало кто подозревает 5 суперспособностей кошек, о которых мало кто подозревает

Кошки удивительнее, чем вы думали!

Maxim
Чтение выходного дня: муки выбора, неоправданные надежды и долгожданная встреча — в рассказе Ольги Птицевой Чтение выходного дня: муки выбора, неоправданные надежды и долгожданная встреча — в рассказе Ольги Птицевой

Трогательная история влюбленности, проверенная расстоянием и временем

Esquire
Игра фактур Игра фактур

Современный, функциональный интерьер с яркими акцентами

SALON-Interior
Движение вверх Движение вверх

Загородный дом, оформленный на стыке неоклассики и ар-деко

SALON-Interior
Археологи раскопали на Алтае курган раннескифского времени с детскими погребениями на краю Археологи раскопали на Алтае курган раннескифского времени с детскими погребениями на краю

Археологи обследовали курган могильника Усть-Иша-5 IX–VII веков до нашей эры

N+1
«Моя веснянка»: история любви русской девушки и немецкого офицера «Моя веснянка»: история любви русской девушки и немецкого офицера

История любви Марии Васильевой и Отто Адама навсегда осталась в истории

Cosmopolitan
Венера Коломенская Венера Коломенская

Как участники добрососедства Коломны спасли местную достопримечательность

Собака.ru
Чтение выходного дня: «Святой папочка» — дерзкая автобиографичная история финалистки Букеровской премии о том, как ужиться с безумной семейкой Чтение выходного дня: «Святой папочка» — дерзкая автобиографичная история финалистки Букеровской премии о том, как ужиться с безумной семейкой

Начало автобиографической истории о переизобретении взрослости Патриции Локвуд

Esquire
Диета минус 10 кг: хитрости, меню и проверенные советы Диета минус 10 кг: хитрости, меню и проверенные советы

Как похудеть на 10 кг? И возможно ли похудеть быстро?

VOICE
Один город — три судьбы Один город — три судьбы

5 причин посетить Волгоград

Лиза
Как бывший олигарх Мухтар Аблязов превратился в «лидера протестов» в Казахстане Как бывший олигарх Мухтар Аблязов превратился в «лидера протестов» в Казахстане

Как Мухтар Аблязов стал олигархом, а потом беглым преступником и оппозиционером

Forbes
Диетолог назвала 5 продуктов, которые заменят кофе и помогут оставаться бодрыми и продуктивными Диетолог назвала 5 продуктов, которые заменят кофе и помогут оставаться бодрыми и продуктивными

Эти продукты помогут поддерживать высокий уровень энергии и сконцентрированности

Inc.
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
Лучше спросить заранее: популярные вопросы в области стоматологии Лучше спросить заранее: популярные вопросы в области стоматологии

Что нового появилось в современной стоматологии?

Популярная механика
Валентин и валентинки Валентин и валентинки

Скоро 14 Февраля, и не все рады наступлению этой даты. Почему же?

Cosmopolitan
Из имамов в российские дворяне Из имамов в российские дворяне

После капитуляции в ауле Гуниб Шамиля ждал почётный плен в России

Дилетант
Что такое лоферы и с чем их носить — идеи стильных образов на каждый день Что такое лоферы и с чем их носить — идеи стильных образов на каждый день

Лоферы — туфли без застежек, похожие на мокасины

Cosmopolitan
Сколь велик шанс, что вокруг — Матрица, а мы на самом деле живем в симуляции? Сколь велик шанс, что вокруг — Матрица, а мы на самом деле живем в симуляции?

«Гипотеза симуляции» — все вокруг реальность или симуляция?

Популярная механика
Ёлки, столы и другие опыты: как ищет точки роста цех, который строил стенды для выставок, а потом — столы для удалёнки Ёлки, столы и другие опыты: как ищет точки роста цех, который строил стенды для выставок, а потом — столы для удалёнки

Когда спрос на твои основные продукты резко падает, а материалы не дешевеют

VC.RU
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
Властелин колеса и его две крепости Властелин колеса и его две крепости

Марко Липранди придумал свой вариант дуатлона в горах

Men’s Health
Где ты был, Адам?Где ты был, Адам? Где ты был, Адам?Где ты был, Адам?

Рок-музыкант Адам Левин и модель Бехати Принслу живут в гармонии с природой

Tatler
Почему Jeep Wrangler Rubicon — идеальная машина для зимней городской езды Почему Jeep Wrangler Rubicon — идеальная машина для зимней городской езды

Трехдверный Wrangler — фан-кар или настоящий внедорожник?

Maxim
Закат культуры Закат культуры

Почему у древних греков были бег, борьба и гонки колесниц, но не было бобслея

Esquire
Держать равнение Держать равнение

Неожиданные признаки проблем со спиной и способы все исправить

Лиза
TikTok без ретуши: как бьюти-марка Glow Recipe заработала $100 млн с помощью соцсетей TikTok без ретуши: как бьюти-марка Glow Recipe заработала $100 млн с помощью соцсетей

Благодаря двум случайным видео в TikTok продажи Glow Recipe подскочили на 600%

Forbes
Почему наушники все время путаются в кармане Почему наушники все время путаются в кармане

Сможете ли вы перехитрить запутывающиеся наушники?

Популярная механика
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
Российские археологи раскопали под Калининградом средневековое прусское поселение Российские археологи раскопали под Калининградом средневековое прусское поселение

Ученые подтвердили, что местные жители контактировали с населением Древней Руси

N+1
История Холокоста и судьба одной австро-венгерской семьи. Отрывок из книги История Холокоста и судьба одной австро-венгерской семьи. Отрывок из книги

Отрывок из книги Мериел Шиндлер «Утраченное кафе "У Шиндлеров"»

СНОБ
Открыть в приложении