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

Как питание помогает добиваться высоких спортивных результатов Как питание помогает добиваться высоких спортивных результатов

Делимся с вами советами по питанию от олимпийского чемпиона по фигурному катанию

GQ
6 худших фраз после секса 6 худших фраз после секса

Вводим моду на постсексуальное молчание и запоминаем слова, которые стоит забыть

Maxim
На здоровье На здоровье

С чего начинались и к чему пришли пять современных направлений медицины

N+1
Индивидуальный проект Индивидуальный проект

Забота о чужом ребенке как основа крепкого брачного союза

СНОБ
Под северным сиянием Под северным сиянием

Чем заняться в Мурманской области зимой

Лиза
«Усоногий рак Чарльза Дарвина и паук Дэвида Боуи» «Усоногий рак Чарльза Дарвина и паук Дэвида Боуи»

Как научные названия воспевают героев, авантюристов и негодяев

N+1
Без магии и эзотерики: как привлекать к себе мужчин Без магии и эзотерики: как привлекать к себе мужчин

Есть женщины, которые обладают природным магнетизмом

Cosmopolitan
15 лучших британских сериалов на Netflix 15 лучших британских сериалов на Netflix

Лучшие шоу из Великобритании, которые можно посмотреть на Netflix

Правила жизни
7 продуктов, которые усиливают чувство голода 7 продуктов, которые усиливают чувство голода

Какие продукты лучше избегать, чтобы не усилить чувство голода?

Cosmopolitan
Анна Банщикова. Время женщин Анна Банщикова. Время женщин

Женщинам вообще тяжелее по многим параметрам

Коллекция. Караван историй
Сердцу не прикажешь: самые известные любовницы президентов Сердцу не прикажешь: самые известные любовницы президентов

И у президентов есть слабости, например красивые женщины

Cosmopolitan
Художественный салон Художественный салон

Реставрация пентхауса в доме начала XX века

AD
Сколь велик шанс, что вокруг — Матрица, а мы на самом деле живем в симуляции? Сколь велик шанс, что вокруг — Матрица, а мы на самом деле живем в симуляции?

«Гипотеза симуляции» — все вокруг реальность или симуляция?

Популярная механика
Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка

Как привить ребенку чувство вкуса?

Cosmopolitan
Таскала трубы и лезла в юбке на крышу: как женщины работают в сфере строительства Таскала трубы и лезла в юбке на крышу: как женщины работают в сфере строительства

Стройка — не женское дело? Наши героини опровергают этот стереотип

Forbes
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
5 ошибок Антона Кириллова, сооснователя Jump.Taxi и Jump.Finance 5 ошибок Антона Кириллова, сооснователя Jump.Taxi и Jump.Finance

Сооснователь Jump.Taxi о самых интересных ошибках, которые допустил

Inc.
Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа Аэробатика: взгляд из самолёта, выполняющего фигуры высшего пилотажа

Как летчики выполняют фигуры пилотажа?

Популярная механика
«В «В

Насколько деструктивными бывают действия психологов в сериалах?

РБК
О шахматах, Корчном и Каспарове. Отрывок из книги гроссмейстера Анатолия Карпова О шахматах, Корчном и Каспарове. Отрывок из книги гроссмейстера Анатолия Карпова

Фрагмент из автобиографии знаменитого гроссмейстера Анатолия Карпова

СНОБ
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
5 действенных домашних упражнений для стройных ног и подтянутых ягодиц 5 действенных домашних упражнений для стройных ног и подтянутых ягодиц

Хочешь удивлять всех красивыми ногами?

VOICE
Тайны степфордских жен: как на самом деле жили идеальные домохозяйки Тайны степфордских жен: как на самом деле жили идеальные домохозяйки

50-е года в США были особым временем

Cosmopolitan
Есть ли у бензина срок годности и в чем его нужно хранить? Отвечаем на самые популярные вопросы о заправке Есть ли у бензина срок годности и в чем его нужно хранить? Отвечаем на самые популярные вопросы о заправке

Где и в чем на заправке хранится бензин? Есть ли у топлива срок годности?

ТехИнсайдер
В поисках себя В поисках себя

Изменения моды: смешение гендерных ролей, появление нейтрального гардероба

Домашний Очаг
Экспертное мнение: это портит волосы! Экспертное мнение: это портит волосы!

Так ли безобидна твоя расческа или резинка для волос, как кажется?

Лиза
22 продукта с высоким содержанием клетчатки, которые стоит включить в рацион 22 продукта с высоким содержанием клетчатки, которые стоит включить в рацион

Клетчатка обладает большим количеством полезных свойств

Cosmopolitan
Выспись, наконец: 6 советов, как отдохнуть за каникулы на год вперед Выспись, наконец: 6 советов, как отдохнуть за каникулы на год вперед

Отстреляться впрок не удастся, а вот сформировать здоровые привычки — очень даже

Playboy
Исправленному верить? Исправленному верить?

Выясняем, когда погоня за идеалом превращается в дисморфию

Harper's Bazaar
Бюджетные правила: как грамотно экономить деньги Бюджетные правила: как грамотно экономить деньги

Правила экономии средств от инвестиционного советника

Forbes
Открыть в приложении