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

Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны

Трансжиры часто называют бичом XX века

РБК
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
Счастье своими руками. 3 простых шага и 4 полезные техники Счастье своими руками. 3 простых шага и 4 полезные техники

Ты и без помощи психологов и коучей можешь добиться желаемого

Лиза
Мы в эпицентре эпидемии близорукости. И вот почему Мы в эпицентре эпидемии близорукости. И вот почему

Учёные предупреждают о надвигающейся «эпидемии» миопии или близорукости

Популярная механика
Отрывок из книги Эллен Руттен «Искренность после коммунизма» Отрывок из книги Эллен Руттен «Искренность после коммунизма»

Новая искренность — феномен, влияние которого на жизнь сложно переоценить

СНОБ
Мама, я знаю, мы все сошли с ума Мама, я знаю, мы все сошли с ума

Что толкает молодежь глубоко копаться в себе и к чему это приводит

Vogue
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
Рубен Симонов: «Для деда Москва была усыпана красивыми женщинами как бриллиантами...» Рубен Симонов: «Для деда Москва была усыпана красивыми женщинами как бриллиантами...»

При дедушке — Рубене Симонове — театр имел свое лицо

Коллекция. Караван историй
Иван Стилиди. В потоке Иван Стилиди. В потоке

Беседа с хирургом и онкологом Иваном Стилиди

Караван историй
Лжемуж, месть любовника, секси-шпагат: интересные факты об Анастасии Волочковой Лжемуж, месть любовника, секси-шпагат: интересные факты об Анастасии Волочковой

Интересные факты из жизни Анастасии Волочковой.

VOICE
Отрывок из книги «Зверобой» Ксении Буржской Отрывок из книги «Зверобой» Ксении Буржской

Одна из глав новой книги Ксении Буржской «Зверобой»

СНОБ
Самые грустные и трогательные эпизоды комедийных сериалов Самые грустные и трогательные эпизоды комедийных сериалов

Когда трагедия идет рука об руку с комедией

Maxim
Битые монеты, побеги из страны в страну и никакой штаб-квартиры: прошлое и будущее криптобиржи Чанпэна Чжао Binance Битые монеты, побеги из страны в страну и никакой штаб-квартиры: прошлое и будущее криптобиржи Чанпэна Чжао Binance

Работавший в McDonald's основатель Чжао, возможно, богаче Цукерберга

VC.RU
Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины

Изменяют всем: богатым, успешным, хозяйственным, добрым девушкам

Cosmopolitan
Проявить мягкость Проявить мягкость

Мексиканцы готовы есть десерты на завтрак, обед и ужин

Вокруг света
День, когда все изменилось. Как герои кино и сериалов переживают страх смерти День, когда все изменилось. Как герои кино и сериалов переживают страх смерти

10 стратегий, которые выбирают персонажи фильмов, узнав о скорой смерти

СНОБ
Тайны степфордских жен: как на самом деле жили идеальные домохозяйки Тайны степфордских жен: как на самом деле жили идеальные домохозяйки

50-е года в США были особым временем

Cosmopolitan
Полетели Полетели

Инновационный центр «Бирюч» представил новый проект беспилотного аэротакси

Популярная механика
ЗОЖ вам! ЗОЖ вам!

То, что здоровая еда нужна и интересна только женщинам, – это стереотип

Домашний Очаг
«Быть обнаженной в 62 года сложно»: Эмма Томпсон смогла преодолеть стеснение «Быть обнаженной в 62 года сложно»: Эмма Томпсон смогла преодолеть стеснение

Эмма Томпсон поделилась наблюдениями о красоте женского тела

Cosmopolitan
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
Актеры, играющие одних и тех же персонажей из фильма в фильм Актеры, играющие одних и тех же персонажей из фильма в фильм

Те, кто из-за внешности или скромных возможностей не выходят из своего амплуа

Maxim
Корсет-мотоцикл и платье для Кардашьян: 7 великих нарядов Тьерри Мюглера Корсет-мотоцикл и платье для Кардашьян: 7 великих нарядов Тьерри Мюглера

Рассказываем об эксцентричном дизайнере Тьерри Мюглере и его главных образах

РБК
Добровольцы помогли австралийским зоологам изучить ехидн Добровольцы помогли австралийским зоологам изучить ехидн

Натуралисты-любители загрузили более 8000 фотографий ехидн

N+1
Playboy выразил поддержку женщинам, обвинившим его основателя Хью Хефнера в насилии Playboy выразил поддержку женщинам, обвинившим его основателя Хью Хефнера в насилии

Сегодняшний Playboy — это не Playboy Хью Хефнера

Forbes
Боба Фетт и все-все-все: таймлайн вселенной «Звездных войн» Боба Фетт и все-все-все: таймлайн вселенной «Звездных войн»

Актуальный канонический таймлайн вселенной «Звездных войн»

Esquire
Искусственный или натуральный: 9 мифов о производстве меха Искусственный или натуральный: 9 мифов о производстве меха

Вокруг добычи меха много мифов — какие из них не имеют отношения к реальности

РБК
Самуил Маршак против Владимира Ленина Самуил Маршак против Владимира Ленина

Доктор Фрикен — совсем другой Маршак, нежели тот, к которому мы привыкли

Дилетант
6 самых ярких книг 2021 года 6 самых ярких книг 2021 года

Самые интересные книги 2021 года

Cosmopolitan
Почему запрет рекламы молочных смесей не поможет сделать детей здоровыми Почему запрет рекламы молочных смесей не поможет сделать детей здоровыми

На какие аспекты материнства стоит обратить внимание депутатам?

Forbes
Открыть в приложении