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

Вся правда о холестерине Вся правда о холестерине

Что на самом деле вызывает заболевания сердца и сосудов

kiozk originals
DeadCoin: 5 провальных криптовалют, которые подавали большие надежды DeadCoin: 5 провальных криптовалют, которые подавали большие надежды

Криптовалюты, которые схлопнулись и разочаровали своих инвесторов

GQ
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
Почему скачет вес в течение дня: 5 самых распространенных причин Почему скачет вес в течение дня: 5 самых распространенных причин

Почему вес меняется в течении дня и как понять, сколько ты весишь?

Cosmopolitan
Ученые выяснили, как уничтожать раковые опухоли с помощью лазера и наночастиц кремния Ученые выяснили, как уничтожать раковые опухоли с помощью лазера и наночастиц кремния

Прицельный нагрев тканей уничтожает раковые клетки

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
7 правил настоящего джентльмена («Нет» не говорить, над девушками шутить, по пабам ходить…) 7 правил настоящего джентльмена («Нет» не говорить, над девушками шутить, по пабам ходить…)

Как почувствовать себя своим среди настоящих английских джентльменов?

Playboy
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
6 главных фактов о пользе петрушки для здоровья 6 главных фактов о пользе петрушки для здоровья

Петрушка — это концентрированный источник питательных веществ и витаминов

РБК
Питание и гены Питание и гены

Как анализ крови поможет похудеть

Лиза
Какие полипропиленовые трубы лучше: изучаем особенности Какие полипропиленовые трубы лучше: изучаем особенности

Соблазн купить недорогую полипропиленовую трубу всегда велик, но стоит ли?

CHIP
Побег тринадцати Побег тринадцати

Самый дерзкий массовый побег за всю историю российской тюремной системы

Esquire
Давайте опять займемся сексом Давайте опять займемся сексом

Как вернуться к доковидной норме, по крайней мере в постели

Men’s Health
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

Такого в кино не покажут

Playboy
Когда тебе следует сделать тест на беременность Когда тебе следует сделать тест на беременность

5 причин, когда действительно стоит сделать тест на беременность

Cosmopolitan
Культовые фильмы ужасов 80-х, которые можно пересматривать и сегодня Культовые фильмы ужасов 80-х, которые можно пересматривать и сегодня

Ужастики, триллеры и слэшеры, которые можно пересматривать вечно!

Maxim
Как менялась Рената Литвинова: из угловатой девчонки в утонченную диву Как менялась Рената Литвинова: из угловатой девчонки в утонченную диву

В это трудно поверить, но Ренате Литвиновой уже 55 лет!

Cosmopolitan
Род Стюарт Род Стюарт

Что за дикие времена! Люди совершенно не собираются стареть!

Maxim
Электромагнитное излучение процессора выдало замаскированное вредоносное ПО Электромагнитное излучение процессора выдало замаскированное вредоносное ПО

Новый метод, позволяющий обнаружить работу вредоносного программного обеспечения

N+1
История одного здания: особняк Зинаиды Морозовой История одного здания: особняк Зинаиды Морозовой

Неоготический особняк принадлежал Зинаиде Морозовой — жене Саввы Морозова

Культура.РФ
Как инженер из Саратова создал компанию на рынке водородной авиации и привлек $10 млн Как инженер из Саратова создал компанию на рынке водородной авиации и привлек $10 млн

Алексей Иваненко начинал свою карьеру менеджером по рекламе в «Роснано»

Forbes
Закат знаменитого перехватчика: как появился и пропал американский самолет YF-12 Закат знаменитого перехватчика: как появился и пропал американский самолет YF-12

Как и почему секретный самолёт для ЦРУ превратился в перехватчик?

Популярная механика
Ёлки, столы и другие опыты: как ищет точки роста цех, который строил стенды для выставок, а потом — столы для удалёнки Ёлки, столы и другие опыты: как ищет точки роста цех, который строил стенды для выставок, а потом — столы для удалёнки

Когда спрос на твои основные продукты резко падает, а материалы не дешевеют

VC.RU
Анатолий Найман. «Я прощаюсь с этим временем навек» Анатолий Найман. «Я прощаюсь с этим временем навек»

Вспоминаем одного из знаковых людей отечественной литературы — Анатолия Наймана

СНОБ
Мода, гастрономия, анимация: успешные российские индустрии за рубежом Мода, гастрономия, анимация: успешные российские индустрии за рубежом

Какие отечественные бренды и проекты добиваются заметных успехов за рубежом

РБК
Из бактериальной целлюлозы сделали разлагающиеся в почве соломинки Из бактериальной целлюлозы сделали разлагающиеся в почве соломинки

Бактериальная целлюлоза полностью разлагается в почве за 45 дней

N+1
Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода

Как ученые планируют обезопасить использование водорода в качестве топлива?

Популярная механика
Манипуляция под прикрытием: как геймификация выкачивает из нас все деньги Манипуляция под прикрытием: как геймификация выкачивает из нас все деньги

Геймификация – это процесс наделения неигровых контекстов игровыми элементами

GQ
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
Открыть в приложении