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

5 суперспособностей кошек, о которых мало кто подозревает 5 суперспособностей кошек, о которых мало кто подозревает

Кошки удивительнее, чем вы думали!

Maxim
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
5 фильмов с Гаспаром Ульельем, которые стоит пересмотреть прямо сейчас 5 фильмов с Гаспаром Ульельем, которые стоит пересмотреть прямо сейчас

Мы вспоминаем самые яркие моменты улетевшей кометы по имени Гаспар Ульель

Maxim
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Женщины очень разные. В этом-то и проблема. И что они не любят — сложно понять

Maxim
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
5 ошибок основателя академии «Время в порядке» Анны Всехсвятской 5 ошибок основателя академии «Время в порядке» Анны Всехсвятской

О самых запомнившихся ошибках, стоивших времени, денег, отношений и нервов

Inc.
«На музыке: Наука о человеческой одержимости звуком» «На музыке: Наука о человеческой одержимости звуком»

Отрывок из книги Дэниела Левитина о том, как наш мозг воспринимает музыку

N+1
31 способ увеличить ресурс сердечной мышцы с помощью последних научных открытий и новых подходов 31 способ увеличить ресурс сердечной мышцы с помощью последних научных открытий и новых подходов

“Главное, ребята, сердцем не стареть”. Как это сделать, знают наши эксперты

Men’s Health
Из другого теста Из другого теста

Как шеф-повар построил бизнес с оборотом 900 млн рублей на римской пицце

Forbes
Год во время чумы Год во время чумы

Самые зрелищные фото самых зрелищных происшествий 2021 года

Maxim
Что же будет дальше? Что же будет дальше?

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

Cosmopolitan
«Обычно думают, что надо рекламировать только дрянь — хорошая вещь и так пойдёт»: как родилась ранняя советская реклама «Обычно думают, что надо рекламировать только дрянь — хорошая вещь и так пойдёт»: как родилась ранняя советская реклама

Реклама в начале СССР: Маяковский писал слоганы, а Родченко рисовал плакаты

VC.RU
Как не стать жертвой марафонов по похудению Как не стать жертвой марафонов по похудению

Подобные «забеги» – невероятно популярное сегодня направление

Лиза
Манкала: игра, которая покорила мир Манкала: игра, которая покорила мир

Манкала — игра, основа которой прикладная математика

Популярная механика
Кошмары на высоте: три американских небоскреба, с которыми что-то пошло не так Кошмары на высоте: три американских небоскреба, с которыми что-то пошло не так

Жизнь в этих небоскребах оказалась далека от обещаний застройщиков и риэлторов

Playboy
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
Синтия Никсон — о новой Миранде, новом «Сексе в большом городе» и старой дружбе Синтия Никсон — о новой Миранде, новом «Сексе в большом городе» и старой дружбе

Сериал «И просто так» поделил фанатов «Секса в большом городе» на два лагеря

Esquire
На Алтае раскопали погребение карлукского подростка с жеребенком На Алтае раскопали погребение карлукского подростка с жеребенком

Археологи датировали найденный на Алтае памятник VII веком нашей эры

N+1
Топ-10 YouTube-блогеров, которые заработали больше всего денег в 2021 году Топ-10 YouTube-блогеров, которые заработали больше всего денег в 2021 году

Рейтинг самых высокооплачиваемых блогеров 2021 года

Популярная механика
Эволюционный конфликт рабочих безжалых пчел с личинками привел к массовому убийству маток Эволюционный конфликт рабочих безжалых пчел с личинками привел к массовому убийству маток

Как рабочие особи пытаются поддерживать стабильность колонии пчел

N+1
«Любого можно сделать умным» «Любого можно сделать умным»

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

Robb Report
Ура! Ура!

Блестящее исследование архитектуры советского модернизма в Петербурге

Собака.ru
Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть? Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть?

Черные дыры — одни из самых странных объектов в космическом пространстве

Популярная механика
Хорошая фигура и стиль: в чем подвох? Хорошая фигура и стиль: в чем подвох?

Почему наличие хорошей фигуры не всегда значит, что стиль тоже на высоте?

Cosmopolitan
Сады в облаках: пять зданий с вертикальным озеленением Сады в облаках: пять зданий с вертикальным озеленением

Экологическая повестка сегодня в тренде даже у строителей

Playboy
Что нужно знать о Роберте Левандовском Что нужно знать о Роберте Левандовском

Чем так хорош Роберт Левандовский?

GQ
10 интересных находок в Google Earth 10 интересных находок в Google Earth

Google Earth позволяет каждому заглянуть в самые удаленные уголки планеты

Популярная механика
Почему создатели сервиса для помощи ресторанам DocsInBox не повторили успех в ОАЭ Почему создатели сервиса для помощи ресторанам DocsInBox не повторили успех в ОАЭ

В отличие от развития в России, зарубежная экспансия сервиса была неудачной

Forbes
Самуил Маршак против Владимира Ленина Самуил Маршак против Владимира Ленина

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

Дилетант
7 оригинальных комнатных растений для самых смелых цветоводов 7 оригинальных комнатных растений для самых смелых цветоводов

Для каждого из нас найдется цветок, подходящий по характеру и темпераменту

ТехИнсайдер
Открыть в приложении