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

Физика невозможного Физика невозможного

Научное исследование мира силовых полей, телепортации и путешествий во времени

kiozk originals
Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти

Отрывок из книги «Мода в кино» — о том, как придумывали образы для героев кино

СНОБ
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
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
Куда расти RUSSPASS: новые возможности для туристов в России Куда расти RUSSPASS: новые возможности для туристов в России

Как новые технические B2B-решения и коллаборации работают на благо туриста?

Forbes
В чем разница между Голландией и Нидерландами? А язык нидерландский? А жителей как правильно называть? В чем разница между Голландией и Нидерландами? А язык нидерландский? А жителей как правильно называть?

Нидерланды — вторая по запутанности названий страна Европы после Великобритании

Maxim
Гусятина приглянулась жителям Ярославля еще в домонгольское время Гусятина приглянулась жителям Ярославля еще в домонгольское время

Основным источником мяса для ярославцев были гуси

N+1
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
Помнить всё Помнить всё

Можно ли настроить свой мозг на работу без багов?

Psychologies
Когда тебе следует сделать тест на беременность Когда тебе следует сделать тест на беременность

5 причин, когда действительно стоит сделать тест на беременность

Cosmopolitan
Ела бы и ела: Какие продукты еще сильнее разжигают аппетит Ела бы и ела: Какие продукты еще сильнее разжигают аппетит

Если ты хочешь похудеть, стоит избегать этих продуктов

Лиза
В России запустят рой микроспутников для трансляции сообщений из космоса В России запустят рой микроспутников для трансляции сообщений из космоса

Выпускник МАИ нашёл новую нишу для бизнеса

Популярная механика
Мы идем искать Мы идем искать

Поиск работы – это тоже работа. Но кто сказал, что нужно делать ее в одиночку?

Cosmopolitan
Ей причинили роль Ей причинили роль

Как сложились судьбы звезд легендарного порнофильма «Глубокая глотка»

Esquire
12 декабря 1964 года родился миллиардер Джефф Безос. Он является основателем компании Amazon 12 декабря 1964 года родился миллиардер Джефф Безос. Он является основателем компании Amazon

В 2020 году Джефф Безос стал самым богатым человеком в современной истории

Цифровой океан
Так и останется? Паралич Белла, почему он возникает и как его избежать Так и останется? Паралич Белла, почему он возникает и как его избежать

Что такое Паралич Белла и можно ли с ним что-то сделать?

Cosmopolitan
Мы погадали на книге Эдгара По и узнали, существуют ли призраки, что такое безумие и идеальный детектив Мы погадали на книге Эдгара По и узнали, существуют ли призраки, что такое безумие и идеальный детектив

Нам не чужда связь с потусторонним миром

GQ
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
Праздничный зажор: почему мы так много едим на Новый год, – объясняет психолог Праздничный зажор: почему мы так много едим на Новый год, – объясняет психолог

А потом вы едите оливье и крабовый салат и почему-то не можете остановиться

Cosmopolitan
Система ABS: что это такое и как работает? Система ABS: что это такое и как работает?

Что такое ABS, из чего он состоит, как работает антиблокировочная система?

РБК
У кого самый маленький член и где прячется ее оргазм: 35 удивительных фактов о половых органах У кого самый маленький член и где прячется ее оргазм: 35 удивительных фактов о половых органах

Размер имеет значение, но не только он

Playboy
Властелин колеса и его две крепости Властелин колеса и его две крепости

Марко Липранди придумал свой вариант дуатлона в горах

Men’s Health
Когда нас не станет: 15 лучших фильмов про апокалипсис Когда нас не станет: 15 лучших фильмов про апокалипсис

Фильмы про апокалипсис, которые дадут вам пищу для размышлений

Esquire
Настройки яркости Настройки яркости

7 способов прокачать в себе харизму

Лиза

Продукты, которые канули в лету

Популярная механика
Как избавиться от изжоги: 9 простых способов, которые мгновенно улучшат ситуацию Как избавиться от изжоги: 9 простых способов, которые мгновенно улучшат ситуацию

Имбирь, лакрица, сода и другие способы справиться с изжогой

Cosmopolitan
Психолог от бота: почему выходцы из «Яндекса» продали сервис самопомощи Sayana Психолог от бота: почему выходцы из «Яндекса» продали сервис самопомощи Sayana

Зачем основатели Sayana продали сервис и что собираются делать дальше?

Forbes
Крещенские купания: как подготовить организм к проруби Крещенские купания: как подготовить организм к проруби

Как окунуться в прорубь и сохранить здоровье

Cosmopolitan
Из имамов в российские дворяне Из имамов в российские дворяне

После капитуляции в ауле Гуниб Шамиля ждал почётный плен в России

Дилетант
«Ни хрена не сбывается»: куда идти работать в новом году «Ни хрена не сбывается»: куда идти работать в новом году

В каких отраслях можно построить карьеру, а в каких работников заменят алгоритмы

Forbes
Открыть в приложении