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
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
Как быстро найти хорошую работу: способы и этапы Как быстро найти хорошую работу: способы и этапы

Как найти хорошую работу, какие надо пройти этапы и какие способы вам подойдут

Forbes
Загадочный гештальт Загадочный гештальт

Что такое гештальт и зачем его закрывать?

Лиза
Как примириться с февралем? Как примириться с февралем?

Вместо Пушкина нужно взять томик Фроста

GQ
Кодекс долголетия: что заставляет нас стареть и как это остановить Кодекс долголетия: что заставляет нас стареть и как это остановить

Почему мы стареем и как можем замедлить этот процесс и даже обратить его вспять

Forbes
На Русском подворье в Иерусалиме нашли 124 жертвы древней резни На Русском подворье в Иерусалиме нашли 124 жертвы древней резни

Не менее 124 человек стали жертвами резни, произошедшей в II—I веке до нашей эры

N+1
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
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
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
Проверка прочности: фильмы о кризисе среднего возраста Проверка прочности: фильмы о кризисе среднего возраста

Налаживаем отношения с жизнью с помощью этих фильмов

GQ
Почему новогодние праздники — лучшее время попробовать интервальное голодание Почему новогодние праздники — лучшее время попробовать интервальное голодание

Попробуем начать новую жизнь — но без мучительных диет и подсчета калорий

Cosmopolitan
12 продуктов, в которых содержится много железа 12 продуктов, в которых содержится много железа

Восполнить недостаток железа помогут продукты из нашего списка

Cosmopolitan
Восстановленному верить Восстановленному верить

Ваш мозг чувствует себя гораздо бодрее только при активном восстановлении

Men’s Health
Вышел «Миротворец» — сериальный спин-офф «Отряда самоубийц» Джеймса Ганна про идиотичного супергероя с тонной пошлых шуток. Но что с ним не так? Вышел «Миротворец» — сериальный спин-офф «Отряда самоубийц» Джеймса Ганна про идиотичного супергероя с тонной пошлых шуток. Но что с ним не так?

Почему сериал «Миротворец» напоминает стендап Луи Си Кея и твит Дональда Трампа

Esquire
10 героев кино и сериалов с расстройством множественной личности 10 героев кино и сериалов с расстройством множественной личности

Фильмы и сериал о людях, в чьих головах бывает тесно от обилия «постояльцев»

СНОБ
5 действенных домашних упражнений для стройных ног и подтянутых ягодиц 5 действенных домашних упражнений для стройных ног и подтянутых ягодиц

Хочешь удивлять всех красивыми ногами?

VOICE
Москва, которой не было Москва, которой не было

Великие архитектурные проекты, оставшиеся только на бумаге

Культура.РФ
«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
Без тряпки во рту. В прокат выходит фильм-победитель Венецианского кинофестиваля — «Событие» Одри Диван Без тряпки во рту. В прокат выходит фильм-победитель Венецианского кинофестиваля — «Событие» Одри Диван

Зачем смотреть фильм «Событие» Одри Диван и как он связан с мировым контекстом?

СНОБ
Вопрос психологу: как распознать манипуляции и противостоять манипуляторам? Вопрос психологу: как распознать манипуляции и противостоять манипуляторам?

Чувствовали ли вы себя когда-нибудь подавленно рядом с кем-то?

Esquire
«Обычно думают, что надо рекламировать только дрянь — хорошая вещь и так пойдёт»: как родилась ранняя советская реклама «Обычно думают, что надо рекламировать только дрянь — хорошая вещь и так пойдёт»: как родилась ранняя советская реклама

Реклама в начале СССР: Маяковский писал слоганы, а Родченко рисовал плакаты

VC.RU
Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний

157-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Колумбия

Forbes
Кейт Миддлтон. Как стать королевой Кейт Миддлтон. Как стать королевой

Правила жизни современной Золушки – герцогини Кембриджской

Лиза
Сунгирцу проломили череп каменным предметом еще в древности Сунгирцу проломили череп каменным предметом еще в древности

Ранее считалось, что повреждение сунгирцу нанесли лопатой во время раскопок

N+1
Северный минимализм Северный минимализм

Интерьер в скандинавском стиле

SALON-Interior
Один город — три судьбы Один город — три судьбы

5 причин посетить Волгоград

Лиза
Пурпурноголовые малюры неожиданно для орнитологов вывели птенцов во время сухого сезона Пурпурноголовые малюры неожиданно для орнитологов вывели птенцов во время сухого сезона

Ранее считалось, что малюры размножаются почти исключительно в период дождей

N+1
Нужны ли миру цифровые деньги? Объясняет эксперт Нужны ли миру цифровые деньги? Объясняет эксперт

Кто лидирует в гонке цифровых валют и что будет, если деньги уйдут в digital?

Inc.
Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка

Как привить ребенку чувство вкуса?

Cosmopolitan
Открыть в приложении