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

Физика невозможного Физика невозможного

Научное исследование мира силовых полей, телепортации и путешествий во времени

kiozk originals
Почему важно есть киви: польза, противопоказания, мнения экспертов Почему важно есть киви: польза, противопоказания, мнения экспертов

Киви — внесезонная ягода, в которой есть витамины В, С, К, антиоксиданты

РБК
Гендиректор «МТС Медиа»/KION Игорь Мишин о развитии индустрии и возможностях цифровых платформ Гендиректор «МТС Медиа»/KION Игорь Мишин о развитии индустрии и возможностях цифровых платформ

Игорь Мишин рассказывает о феномене сериала «Клиника счастья»

СНОБ
10 важных устройств 2021 года 10 важных устройств 2021 года

2021 год в гаджетах: роботы-курьеры, планшеты, маячки, наушники

VC.RU
Женщина из Штирии оказалась старше Этци примерно на 300 лет Женщина из Штирии оказалась старше Этци примерно на 300 лет

Австрийские ученые повторно исследовали скелет, найденный в 1909 году

N+1
Евгений Леонов. Актер, сыгравший человечность Евгений Леонов. Актер, сыгравший человечность

Евгений Леонов умел сочетать в своих ролях и смех, и серьезность

Esquire
Палеопатологи обнаружили в Синьцзяне останки древнего кочевника с анкилозом коленного сустава Палеопатологи обнаружили в Синьцзяне останки древнего кочевника с анкилозом коленного сустава

Ученые нашли свидетельство раннего случая анкилоза коленного сустава

N+1
Не такой, как все Не такой, как все

Офис строительный компании, наполненный живописью и скульптурой

AD
Как меняются гендерные роли — изучаем на примере поваренных книг. Эссе из сборника Сары Даниус «Смерть домохозяйки и другие тексты» Как меняются гендерные роли — изучаем на примере поваренных книг. Эссе из сборника Сары Даниус «Смерть домохозяйки и другие тексты»

Как Сара Даниус рисует картину распределения гендерных ролей в Швеции

Esquire
5 горнолыжных курортов, где можно отлично покататься 5 горнолыжных курортов, где можно отлично покататься

Cнега хватит всем!

Лиза
Вера Брежнева: «Я не зацикливаюсь на прошлом» Вера Брежнева: «Я не зацикливаюсь на прошлом»

Вера Брежнева рассказала, что ей нужно для счастья

Cosmopolitan
Русская народная нечисть: все, что нужно знать о чертях, леших и русалках человеку XXI века Русская народная нечисть: все, что нужно знать о чертях, леших и русалках человеку XXI века

Традиционные мистические сущности русского фольклора

Maxim
Адаптивная оптика: как рассмотреть звёзды на небе? Адаптивная оптика: как рассмотреть звёзды на небе?

Россыпь звезд, будто подмигивающих наблюдателю, выглядит очень романтично

Популярная механика
Самые частые поломки кофемашин: как все исправить самостоятельно Самые частые поломки кофемашин: как все исправить самостоятельно

Что делать, если кофемашина сломалась?

Популярная механика
В Хакасии раскопали курган с погребениями трех археологических культур В Хакасии раскопали курган с погребениями трех археологических культур

Археологи раскопали в Хакассии курган могильника Уйтаг-3

N+1
Филлеры могут привести к бронхиту и пневмонии. Врач о рисках «уколов красоты» Филлеры могут привести к бронхиту и пневмонии. Врач о рисках «уколов красоты»

Если ты думаешь, что знаешь о филлерах всё, то ошибаешься

VOICE
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
Уроки экстремального выживания от тех, кто живет на грани: предел возможностей Уроки экстремального выживания от тех, кто живет на грани: предел возможностей

Истории людей, которые бросают вызов дикой природе

Популярная механика
Что же будет дальше? Что же будет дальше?

Сказки заканчиваются свадьбой, в жизни же после нее начинается самое интересное

Cosmopolitan
Как разбиваются мечты: история Кайла Хиппчена, который выиграл билет в космос, но не смог полетать из-за лишнего веса Как разбиваются мечты: история Кайла Хиппчена, который выиграл билет в космос, но не смог полетать из-за лишнего веса

История большой дружбы, разбитого сердца и космоса

Популярная механика
Лучше спросить заранее: популярные вопросы в области стоматологии Лучше спросить заранее: популярные вопросы в области стоматологии

Что нового появилось в современной стоматологии?

Популярная механика
Как устроена заправка: где хранится бензин, и может ли он закончиться или испортиться Как устроена заправка: где хранится бензин, и может ли он закончиться или испортиться

Где и в чем на заправке хранится бензин? Может ли он закончиться?

Популярная механика
Свежие и классные: новые российские сериалы, которые тебя удивят Свежие и классные: новые российские сериалы, которые тебя удивят

Драма, черная комедия и политическая сатира — классные российские сериалы

Cosmopolitan
Год во время чумы Год во время чумы

Самые зрелищные фото самых зрелищных происшествий 2021 года

Maxim
История Анны Каминской, приемной внучки Ахматовой История Анны Каминской, приемной внучки Ахматовой

Удивительная судьба Анны Каминской — хранительницы ахматовского наследия

СНОБ
Как запустить командную строку в Windows: 4 простых способа Как запустить командную строку в Windows: 4 простых способа

Как открыть командную строку?

CHIP
Как избавиться от эмоционального багажа: 11 методов Как избавиться от эмоционального багажа: 11 методов

Чтобы жить и чувствовать себя счастливым, необходимо разобраться с прошлым

РБК
Правило № 70: Обвиняемый, встаньте Правило № 70: Обвиняемый, встаньте

Коуч Алексей Ситников продолжает объяснять принцип действия законов кармы

Tatler
«Обалдение полное» «Обалдение полное»

Какими увидели красноармейцев русские эмигранты в Эстонии?

Дилетант
Гид по секретным отношениям Гид по секретным отношениям

Адреналин, ложь во благо и искусные прикрытия

GQ
Открыть в приложении