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

Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны Что такое трансжиры и почему их запретили почти все страны

Трансжиры часто называют бичом XX века

РБК
Чудеса изобретательности Джеффа Безоса: зачем Amazon поощряет научную фантастику Чудеса изобретательности Джеффа Безоса: зачем Amazon поощряет научную фантастику

Отрывок из книги Алекса Кантровица об успехах IT-компаний

Forbes
Черные комедии по-русски: культурный код Черные комедии по-русски: культурный код

Черный юмор в русском кино: чем сходить с ума от ужаса, лучше смеяться

СНОБ
«Кузов из фольги». Чем недовольны покупатели популярных автомобилей «Кузов из фольги». Чем недовольны покупатели популярных автомобилей

Чем недовольны люди, которые купили популярные в России автомобили

РБК
«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
Как правильно ставить цели на новый год Как правильно ставить цели на новый год

Как ставить цели так, чтобы точно их достичь?

Maxim
Как зарабатывать состояния во время войн и мировых кризисов: советы гуру инвестиций Как зарабатывать состояния во время войн и мировых кризисов: советы гуру инвестиций

Отрывок из книги «История инвестиционных стратегий»

Forbes
В храме богини Аллат нашли древнейшие изображения гибридных верблюдов В храме богини Аллат нашли древнейшие изображения гибридных верблюдов

Ученые из Италии и Ирака работали над консервацией храма богини Аллат

N+1
Без тряпки во рту. В прокат выходит фильм-победитель Венецианского кинофестиваля — «Событие» Одри Диван Без тряпки во рту. В прокат выходит фильм-победитель Венецианского кинофестиваля — «Событие» Одри Диван

Зачем смотреть фильм «Событие» Одри Диван и как он связан с мировым контекстом?

СНОБ
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
Войти в ритм: 5 книг для тех, кто забыл, как работать Войти в ритм: 5 книг для тех, кто забыл, как работать

Как не выгореть в первый рабочий месяц и войти в колею — расскажут книги

Популярная механика
Светлана Шишкова: «Чем пахнет счастье? Исповедь ароматерапевта» Светлана Шишкова: «Чем пахнет счастье? Исповедь ароматерапевта»

Светлана Шишкова – о том, как ей удается быть эффективной в нескольких сферах

Cosmopolitan
Какие фильмы нужно обязательно показать ребенку в разном возрасте: киноплан идеального отца Какие фильмы нужно обязательно показать ребенку в разном возрасте: киноплан идеального отца

Идеальный план развития ребенка от 0 до 18 лет через кино и мультфильмы.

Maxim
Электрический сноуборд Электрический сноуборд

Настало время познакомиться с модным зеленым сноубордом ELIQ на электротяге

Популярная механика
Рынок в хаки: как геополитика мешает инвесторам Рынок в хаки: как геополитика мешает инвесторам

На что стоит обращать внимание инвесторам во время геополитической напряженности

Forbes
Эпичные ошибки инженеров Toyota, Mazda, Mercedes-Benz и других автомобильных фирм Эпичные ошибки инженеров Toyota, Mazda, Mercedes-Benz и других автомобильных фирм

Ошибки при конструировании автомобилей неизбежны, и вот несколько из них

Maxim
Валентина Титова. Понять и простить Валентина Титова. Понять и простить

Любовь — это служение, обожание, долг, долги плачу

Коллекция. Караван историй
От механофилии до книсмолагнии: 5 сексуальных фетишей, которые тебя удивят От механофилии до книсмолагнии: 5 сексуальных фетишей, которые тебя удивят

Такие странные фетиши, что впору задаться вопросом — где норма, а где извращение

Playboy
Индивидуальный проект Индивидуальный проект

Забота о чужом ребенке как основа крепкого брачного союза

СНОБ
«Наш мини-пиг весит 85 килограммов»: истории о том, как питомцы оказались не теми, за кого себя выдают «Наш мини-пиг весит 85 килограммов»: истории о том, как питомцы оказались не теми, за кого себя выдают

Истории о том, почему породистых животных нужно брать только у заводчиков

Playboy
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
Под северным сиянием Под северным сиянием

Чем заняться в Мурманской области зимой

Лиза
Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины

Легенды о Бермудском треугольнике ходят еще со времен Колумба

Популярная механика
«Маска» дала мне свободу и возможность петь то, что я хочу» «Маска» дала мне свободу и возможность петь то, что я хочу»

Кирилл Туриченко о череде удач и неудач в карьере и судьбоносном знакомстве

OK!
Как появилась Луна: удачные и неудачные теории ученых Как появилась Луна: удачные и неудачные теории ученых

Как возник единственный спутник Земли?

Популярная механика
Эволюционный успех ян-рукокрылых объяснили открытым каналом Розенталя Эволюционный успех ян-рукокрылых объяснили открытым каналом Розенталя

Зоологи обнаружили важное отличие между двумя современными группами рукокрылых

N+1
Наночастицы золота помогли селективно окислить метан Наночастицы золота помогли селективно окислить метан

Химики научились селективно окислять метан

N+1
Наталья Янанис Наталья Янанис

Наталья Янанис пережила страшную зиму 1941/1942-го в Ленинграде

Собака.ru
Власть женщин: что такое матриархат и существовал ли он на самом деле Власть женщин: что такое матриархат и существовал ли он на самом деле

Был ли в истории человечества матриархат?

Forbes
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
Открыть в приложении