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
Лишённые отчизны Лишённые отчизны

Как происходило принудительное переселение народов Кавказа из родных мест

Дилетант
Откуда взялся «налог на вклады больше миллиона» и кому придется его платить Откуда взялся «налог на вклады больше миллиона» и кому придется его платить

Объясняем на пальцах, сколько денег и за что отдадут рачительные вкладчики

Maxim
Стокгольмский синдром Стокгольмский синдром

Что заставляет женщин испытывать чувства к мужчинам с плохой репутацией?

Cosmopolitan
Это может каждый: 5 простых привычек, которые сохранят зубы здоровыми Это может каждый: 5 простых привычек, которые сохранят зубы здоровыми

Как правильно следить за здоровьем зубов?

Cosmopolitan
Дурной TON: как мошенники используют Павла Дурова Дурной TON: как мошенники используют Павла Дурова

Как аферисты продвигают в сети «инвестпроекты» с помощью образов известных людей

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
Выспись, наконец: 6 советов, как отдохнуть за каникулы на год вперед Выспись, наконец: 6 советов, как отдохнуть за каникулы на год вперед

Отстреляться впрок не удастся, а вот сформировать здоровые привычки — очень даже

Playboy
Физики обнаружили гравитационный эффект Ааронова—Бома Физики обнаружили гравитационный эффект Ааронова—Бома

Что помог понять физикам эффект Ааронова—Бома?

N+1
Светлана Степанковская: «Я за самостоятельных и сильных женщин» Светлана Степанковская: «Я за самостоятельных и сильных женщин»

Актриса Светлана Степанковская — о съемках откровенных сцен и бодипозитиве

Cosmopolitan
Blago White: биография, карьера и личная жизнь рэпера Blago White: биография, карьера и личная жизнь рэпера

Blago White — как появился самый добрый русский артист

Playboy
Что такое бензонасос автомобиля и как он работает Что такое бензонасос автомобиля и как он работает

Какие бензонасосы существуют и как понять, что с ним что-то не так?

РБК
Нежная фиалка Нежная фиалка

Как ухаживать за сенполией, чтобы она постоянно цвела

Лиза
Настройки яркости Настройки яркости

7 способов прокачать в себе харизму

Лиза
Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера

В мае 1945 года по Берлину распространился слух, что обнаружен труп Гитлера

Дилетант
Незаметные, но неприятные: почему появляются пробки в миндалинах и как их убрать Незаметные, но неприятные: почему появляются пробки в миндалинах и как их убрать

Могут ли пробки в миндалинах навредить организму?

Cosmopolitan
БИНТИ БИНТИ

Бюро иностранной научно-технической информации

Наука и жизнь
#Эстетственный отбор #Эстетственный отбор

Исследуем внутренний мир и эстетические ориентиры поколения Z

Esquire
Мои третьи роды Мои третьи роды

История нашей героини о том, как она забеременела и родила третий раз

9 месяцев
Магниты, которые никогда не притянутся (и другие штуки Брюса Грея) Магниты, которые никогда не притянутся (и другие штуки Брюса Грея)

Брюс Грей может сделать все что угодно

Популярная механика
Препятствие помогло высыпаться даже медленным гранулам Препятствие помогло высыпаться даже медленным гранулам

Как высыпаются гранулы, если на их пути поставить препятствие

N+1
Через Вселенную Через Вселенную

Звезда «Игры в кальмара» Чон Хо Ён — о взлетах, падениях и шансе

Vogue
Форма и содержание Форма и содержание

Поход в фитнес-зал, бассейн или на корт должен начинаться с гардероба. С вашего

GQ
Пушистые любимцы: 50 удивительных фактов про кошек Пушистые любимцы: 50 удивительных фактов про кошек

Без кота и жизнь не та, но что мы о них знаем?

Playboy
6 самых богатых YouTube-блогеров 2021 года 6 самых богатых YouTube-блогеров 2021 года

Главные блогеры 2021 года на YouTube: MrBeast, Анастасия Радзинская и другие

РБК
Смена имени, ВИЧ, трагедия рождения: правда и мифы о Захаре Джоли-Питт Смена имени, ВИЧ, трагедия рождения: правда и мифы о Захаре Джоли-Питт

Рассказываем факты и развенчиваем мифы о жизни Захары Джоли-Питт

Cosmopolitan
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
Суррогатное материнство — больше не стыдно: доказываем на примере звезд Суррогатное материнство — больше не стыдно: доказываем на примере звезд

Кто из знаменитостей стал счастливым родителем, обратившись к суррогатной матери

VOICE
10 полезных свойств куркумы и куркумина для здоровья, проверенных наукой 10 полезных свойств куркумы и куркумина для здоровья, проверенных наукой

Полезные свойства куркумы, которые были научно доказаны

Cosmopolitan
Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины

Изменяют всем: богатым, успешным, хозяйственным, добрым девушкам

Cosmopolitan
Открыть в приложении