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

Как питание помогает добиваться высоких спортивных результатов Как питание помогает добиваться высоких спортивных результатов

Делимся с вами советами по питанию от олимпийского чемпиона по фигурному катанию

GQ
Как повлиял на мировую моду Андре Леон Телли Как повлиял на мировую моду Андре Леон Телли

Скончался один из самых колоритных персонажей в фешн-индустрии Андре Леон Телли

СНОБ
Мир без волшебства: каким получился фильм «Аллея кошмаров» Мир без волшебства: каким получился фильм «Аллея кошмаров»

Как Гильермо дель Торо удалось переосмыслить жанр нуара и добавить ему остроты

РБК
Это не Альцгеймер: 7 причин, по которым может ухудшаться память Это не Альцгеймер: 7 причин, по которым может ухудшаться память

Тебе кажется, что ты забываешь всё, и боишься, что это ранняя деменция?

Cosmopolitan
Как выбрать онлайн-курс: простая инструкция, которая пригодится каждому Как выбрать онлайн-курс: простая инструкция, которая пригодится каждому

Чтобы не стать жертвой мошенников, нужно выбирать онлайн-курс тщательно

Популярная механика
Как не стать жертвой марафонов по похудению Как не стать жертвой марафонов по похудению

Подобные «забеги» – невероятно популярное сегодня направление

Лиза
Кто пришел на смену Пуаро и Шерлоку Холмсу: 15 лучших детективов ХХI века Кто пришел на смену Пуаро и Шерлоку Холмсу: 15 лучших детективов ХХI века

О чем пишут самые известные авторы детективов в ХХI веке?

Forbes
Джон Сина и Джеймс Ганн – о «Миротворце», мемности и главном различии Marvel и DC Джон Сина и Джеймс Ганн – о «Миротворце», мемности и главном различии Marvel и DC

Рестлер, который вырос в значительного актера – без цензуры

GQ
Сможем ли мы создать искусственную гравитацию в космосе Сможем ли мы создать искусственную гравитацию в космосе

Сможем ли мы создать искусственную гравитацию, и какие у нас есть варианты?

Популярная механика
Старики на обочине: как злая ирония Берроуза и Буковски превратилась в шаблон и стухла Старики на обочине: как злая ирония Берроуза и Буковски превратилась в шаблон и стухла

Почему сейчас аутоагрессивная культура битников не вдохновляет

Playboy
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
Мотивации Нео: что может увидеть специалист по психологии бизнеса в новой «Матрице» Мотивации Нео: что может увидеть специалист по психологии бизнеса в новой «Матрице»

Чтобы понять последнюю «Матрица», надо распаковать идеи современной психологии

Forbes
Пора заглянуть внутрь: что происходит в мозге, когда мы ничем не заняты Пора заглянуть внутрь: что происходит в мозге, когда мы ничем не заняты

Чем занимается мозг, когда мы бездельничаем, рассказывает нейрофизиолог

Forbes
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
5 рецептов от зимней депрессии 5 рецептов от зимней депрессии

Как бороться с зимней депрессией?

Здоровье
Внутренняя Каталония. Пять вечеров Внутренняя Каталония. Пять вечеров

Поездка вдоль каталонского побережья вызывает ощущение потемкинских деревень

Вокруг света
«Наука и жизнь» № 11, 1982 г. Ещё не кровь, но уже не водица «Наука и жизнь» № 11, 1982 г. Ещё не кровь, но уже не водица

Летом 1982 года проходил в столице Первый Всесоюзный биофизический съезд

Наука и жизнь
Тонизирует, улучшает работу мозга и еще 8 полезных свойств зеленого чая Тонизирует, улучшает работу мозга и еще 8 полезных свойств зеленого чая

Какую пользу приносит зеленый чай нашему организму?

Cosmopolitan
Жертвы монтажа: пять сцен из культовых фильмов, которые ты точно не видел Жертвы монтажа: пять сцен из культовых фильмов, которые ты точно не видел

Оказывается, в этих фильмах было и кое-что еще

Playboy
Украшения в диджитал-обработке Украшения в диджитал-обработке

Ювелирная сеть Sokolov агрессивно наращивает свое присутствие на рынке

Эксперт
5 ситуаций, когда кнопочный телефон практичнее смартфона 5 ситуаций, когда кнопочный телефон практичнее смартфона

Порой простой мобильный телефон гораздо лучше справится с задачей, чем смартфон

Популярная механика
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
Китай начал отапливать города от атомных реакторов. Будет ли так в России? Китай начал отапливать города от атомных реакторов. Будет ли так в России?

КНР планирует ввести 150 новых атомных энергоблоков в ближайшие 15 лет

Naked Science
Сердцу не прикажешь: самые известные любовницы президентов Сердцу не прикажешь: самые известные любовницы президентов

И у президентов есть слабости, например красивые женщины

Cosmopolitan
“Я считаю секс скучным” “Я считаю секс скучным”

Алексей Шевцов готов прожить всю жизнь без физической близости

Psychologies
Хьюстон, у нас проблема: как понять, что отношения мешают тебе развиваться Хьюстон, у нас проблема: как понять, что отношения мешают тебе развиваться

Порой спутник жизни может серьезно тормозить личностный рост

Cosmopolitan
Как мозг хранит воспоминания: ученые изучали рыб, чтобы ответить на этот вопрос Как мозг хранит воспоминания: ученые изучали рыб, чтобы ответить на этот вопрос

Воспоминания - одна из самых загадочных вещей. Как они записываются в мозге?

Популярная механика
Дженнифер Лопес Дженнифер Лопес

Ее считают иконой женской и расовой борьбы за равенство и воплощением китча

Psychologies
Широко открывая глаза Широко открывая глаза

Изучать свои чувства — это как ступить на экзотический, неизведанный остров

Psychologies
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
Открыть в приложении