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

Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты

Самые необычные и интересные книги о насекомых

Популярная механика
С обнаженными нервами С обнаженными нервами

Чувствительность — плюс или минус? Попробуем разобраться

Psychologies
Почему возникает язва желудка, как ее распознать и чем она опасна Почему возникает язва желудка, как ее распознать и чем она опасна

Язва желудка вызывает сильные боли и ужасный дискомфорт

Cosmopolitan
Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины Красота не панацея: супермодели, которым изменяли любимые мужчины

Изменяют всем: богатым, успешным, хозяйственным, добрым девушкам

Cosmopolitan
«Держите убийцу тов. Ленина»: документы и фото из дела о покушении на создателя СССР «Держите убийцу тов. Ленина»: документы и фото из дела о покушении на создателя СССР

Фото с инсценировки, показания врача и другие документы о покушении на Ленина

Maxim
На Русском подворье в Иерусалиме нашли 124 жертвы древней резни На Русском подворье в Иерусалиме нашли 124 жертвы древней резни

Не менее 124 человек стали жертвами резни, произошедшей в II—I веке до нашей эры

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
Когда жена успешнее: как сохранить счастье в браке — мнение психолога Когда жена успешнее: как сохранить счастье в браке — мнение психолога

Что делать, когда твой успех то и дело пошатывает хрупкое семейное счастье?

Cosmopolitan
Москва, которой не было Москва, которой не было

Великие архитектурные проекты, оставшиеся только на бумаге

Культура.РФ
«Сбер» обошел Ferrari в рейтинге самых сильных брендов Европы «Сбер» обошел Ferrari в рейтинге самых сильных брендов Европы

«Сбер» занял первое место в рейтинге самых сильных брендов Европы

Inc.
Реакция на серебро: почему второе место фигуристки Щербаковой важнее любого золота Реакция на серебро: почему второе место фигуристки Щербаковой важнее любого золота

Половина мира не верила в успех Ани Щербаковой, но она расставила всех по местам

Maxim
Болевая «Почка»: почему все обсуждают новый российский сериал о женщине-коррупционере Болевая «Почка»: почему все обсуждают новый российский сериал о женщине-коррупционере

Почему сериал «Почка» наделал много шума

Forbes
Десять забытых штрафов ГИБДД. О чем могут не знать водители Десять забытых штрафов ГИБДД. О чем могут не знать водители

Редкие штрафы ГИБДД, о которых могли не слышать даже автомобилисты со стажем

РБК
Игра с понятиями Игра с понятиями

Включение Кавказа в состав Российской империи — завоевание или усмирение?

Дилетант
Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...» Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...»

Игорь Гудков (он же Панкер) был завсегдатаем питерского рок-клуба

Коллекция. Караван историй
«В «В

Насколько деструктивными бывают действия психологов в сериалах?

РБК
Откуда пошло слово Откуда пошло слово

О связи слов "мумия" и "мумиё"

Популярная механика
5 ситуаций, когда кнопочный телефон практичнее смартфона 5 ситуаций, когда кнопочный телефон практичнее смартфона

Порой простой мобильный телефон гораздо лучше справится с задачей, чем смартфон

Популярная механика
5 ситуаций, когда робот-пылесос окажется бесполезной тратой денег 5 ситуаций, когда робот-пылесос окажется бесполезной тратой денег

Ситуации, когда покупка робота-пылесоса не даст никакого результата

CHIP
Возвращение «Святого Луки» Возвращение «Святого Луки»

Советский фильм о похищении картины Франса Халса основан на реальных фактах

Дилетант
Всегда говори “да” Всегда говори “да”

Da Bureau протестировали в своей квартире идеи, которые предлагают заказчикам

AD
6 проблем со здоровьем, из-за которых шелушится кожа на лице 6 проблем со здоровьем, из-за которых шелушится кожа на лице

Каждый сталкивался с сухостью и шелушением кожи на лице, что с этим делать?

Лиза
Палеоантропологи реконструировали череп из Китая возрастом около 200 тысяч лет Палеоантропологи реконструировали череп из Китая возрастом около 200 тысяч лет

Палеоантропологи реконструировали череп Сюйцзяяо-6

N+1
Деньги для метавселенной: эксперт о будущем банков, кредитов и криптовалют Деньги для метавселенной: эксперт о будущем банков, кредитов и криптовалют

Какое будущее ждет цифровой банкинг и метавселенные?

Inc.
Белые карлики: удивительно плотные звёзды Белые карлики: удивительно плотные звёзды

Звезды малой или средней массы со временем становятся белыми карликами

Популярная механика
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
Страх смерти и магазины у дома: что угрожает крупным торговым центрам Страх смерти и магазины у дома: что угрожает крупным торговым центрам

Эксперты и участники рынка назвали главные риски для мегамоллов

Forbes
До Дороги жизни До Дороги жизни

Главные вопросы о жизни блокадного Ленинграда до открытия Дороги жизни

Дилетант
Почему взрослым людям сложно заводить друзей Почему взрослым людям сложно заводить друзей

Как правильно дружить взрослым?

Популярная механика
Климат-контроль vs кондиционер: чем отличаются, как работают, что лучше Климат-контроль vs кондиционер: чем отличаются, как работают, что лучше

Что может климат-контроль и почему он лучше кондиционера?

РБК
Открыть в приложении