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

Человек в поисках смысла Человек в поисках смысла

Теория поиска смысла жизни, которая помогает пережить ад на земле

kiozk originals
От механофилии до книсмолагнии: 5 сексуальных фетишей, которые тебя удивят От механофилии до книсмолагнии: 5 сексуальных фетишей, которые тебя удивят

Такие странные фетиши, что впору задаться вопросом — где норма, а где извращение

Playboy
В двух шагах от трона В двух шагах от трона

Герцог и герцогиня Кембриджские стремительно набирают очки в погоне за троном

Караван историй
Входит и выходит Входит и выходит

За связи с Эпштейном британского принца Эндрю изгнали из приличного общества

Tatler
Почему киты не тонут, когда всасывают в себя криль? Почему киты не тонут, когда всасывают в себя криль?

Почему киты не захлебываются, когда едят?

Популярная механика
Умный шляпник Умный шляпник

Виртуозное владение ремеслом не мешает Нику Фуке создавать бунтарский стиль

Robb Report
Самые горячие мотоциклы 2022 года Самые горячие мотоциклы 2022 года

Если ты страдаешь от острого мототоксикоза, мы подкинем дров в огонь

Maxim
Древние жители Австрии учли пол детей при их захоронении Древние жители Австрии учли пол детей при их захоронении

Археологи исследовали останки индивидов из могильника раннего бронзового века

N+1
МиГ-35/35Д: как устроен российский многофункциональный истребитель МиГ-35/35Д: как устроен российский многофункциональный истребитель

Истребитель разрабатывался на основе палубного самолета

Популярная механика
В новом исследовании подсчитано количество чёрных дыр во Вселенной. И как же их много... В новом исследовании подсчитано количество чёрных дыр во Вселенной. И как же их много...

Можем ли мы точно подсчитать, сколько черных дыр во Вселенной?

Популярная механика
Электрический сноуборд Электрический сноуборд

Настало время познакомиться с модным зеленым сноубордом ELIQ на электротяге

Популярная механика
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
Евгений Водолазкин о смерти, библиотеках, современных читателях и писательском таланте Евгений Водолазкин о смерти, библиотеках, современных читателях и писательском таланте

В чем магия писателя Евгения Водолазкина?

СНОБ
Как события в Казахстане скажутся на российских металлургах Как события в Казахстане скажутся на российских металлургах

Кто из российских металлургов работает в Казахстане и какие риски могут их ждать

Forbes
Создатель бизнес-доминанты: что нужно знать об ИТ-архитекторах Создатель бизнес-доминанты: что нужно знать об ИТ-архитекторах

Почему профессия IT-архитектора скоро окажется одной самых востребованных

Популярная механика
Макар Запорожский: «Жаль тратить время на социальные сети» Макар Запорожский: «Жаль тратить время на социальные сети»

Разговор с Макаром Запорожским о футболе, хоккее и человеческих слабостях

Cosmopolitan
Все о чужой матери Все о чужой матери

Новый Педро Альмодовар: привычно раскованный, непривычно серьезный

Weekend
Как баскетболистка из Миссури играла в России, заработала $5 млн и попала в Forbes Как баскетболистка из Миссури играла в России, заработала $5 млн и попала в Forbes

Кэндис Паркер — баскетболистка, комментаторка и феминистка

Forbes
«Мемориал»* в цифрах и фактах «Мемориал»* в цифрах и фактах

История организации, исследовавшей политические репрессии в СССР

Дилетант
10 практик, чтобы почувствовать себя лучше в новом году 10 практик, чтобы почувствовать себя лучше в новом году

Как начать лучше относиться к себе и правильно снимать стресс?

РБК
Где ты был, Адам?Где ты был, Адам? Где ты был, Адам?Где ты был, Адам?

Рок-музыкант Адам Левин и модель Бехати Принслу живут в гармонии с природой

Tatler
Штурм французскими войсками Малахова кургана 8 сентября 1855 года Штурм французскими войсками Малахова кургана 8 сентября 1855 года

Картина французского баталиста Адольфа Ивона о взятии Малахова кургана

Дилетант
Сделано в ССР Сделано в ССР

Шоурум концептуальной одежды и обуви от загадочного дизайнера

AD
«Маска» дала мне свободу и возможность петь то, что я хочу» «Маска» дала мне свободу и возможность петь то, что я хочу»

Кирилл Туриченко о череде удач и неудач в карьере и судьбоносном знакомстве

OK!
5 причин купить индукционную варочную поверхность, а не электрическую 5 причин купить индукционную варочную поверхность, а не электрическую

5 поводов остановить свой выбор именно на "индукционке"

CHIP
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
Исторические личности, которые были бы худшими друзьями на Facebook Исторические личности, которые были бы худшими друзьями на Facebook

Исторические личности, которые позорились бы в соцсетях

Maxim
«Любого можно сделать умным» «Любого можно сделать умным»

Вадим Мошкович о том, зачем он открывает начальную школу и детский сад

Robb Report
Месячные стали короче: 5 проблем со здоровьем, из-за которых цикл сокращается Месячные стали короче: 5 проблем со здоровьем, из-за которых цикл сокращается

Стоит ли беспокоиться, если цикл стал короче?

Cosmopolitan
Зачем ученые хотят сбросить на Марс ядерные бомбы Зачем ученые хотят сбросить на Марс ядерные бомбы

Как сделать Красную планету более гостеприимной для человека?

Популярная механика
Открыть в приложении