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

Вся правда о холестерине Вся правда о холестерине

Что на самом деле вызывает заболевания сердца и сосудов

kiozk originals
Зачем об этом говорить Зачем об этом говорить

Истории мужчин, которые, столкнувшись с онкологией, обрели голоса

GQ
Как рождаются черные дыры: ученые обнаружили крошечный Как рождаются черные дыры: ученые обнаружили крошечный

Как черные дыры становятся такими опасными?

Популярная механика
Не путай с черными точками: что такое сальные нити и почему их нельзя трогать Не путай с черными точками: что такое сальные нити и почему их нельзя трогать

С проблемой забитых пор, пожалуй, встречалась каждая из нас!

Cosmopolitan
Самые романтичные фильмы о новогодних чудесах Самые романтичные фильмы о новогодних чудесах

Увлекательные фильмы, которые погрузят вас в атмосферу новогоднего чуда

Cosmopolitan
Правильный взгляд на вещи Правильный взгляд на вещи

Ольга Бодрова отметилась в фэнтези Данилы Козловского о дореволюционной России

Tatler
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
Где взять водород? Где взять водород?

Водород давно и широко используется в химической и пищевой промышленности

Наука и жизнь
Недооцененный продукт: зачем есть чечевицу Недооцененный продукт: зачем есть чечевицу

Рассказываем, чем полезна чечевица и можно ли ей заменить мясо?

РБК
Что такое омега-3 и при каких болезнях помогут эти вещества Что такое омега-3 и при каких болезнях помогут эти вещества

Почему вещества из группы омега-3 — одна из самых популярных добавок к пище

РБК
Мед: польза и вред, калорийность, советы врача Мед: польза и вред, калорийность, советы врача

Действительно ли мед содержит так много витаминов и питательных элементов?

РБК
Знак «Движение прямо»: зона действия, что разрешает и запрещает Знак «Движение прямо»: зона действия, что разрешает и запрещает

Как действует самый коварный дорожный знак?

РБК
Море за спиной. Три рассказа Елены Панделис Море за спиной. Три рассказа Елены Панделис

Рассказы Елены Панделис указывают на таинственную дверь в другой, особый мир

СНОБ
«Люди больше не хотят гибкого расписания — они хотят полностью контролировать своё время» «Люди больше не хотят гибкого расписания — они хотят полностью контролировать своё время»

Эксперимент Best Buy: офисные сотрудники сами выбирали где и сколько работать

VC.RU
Искусственный или натуральный: 9 мифов о производстве меха Искусственный или натуральный: 9 мифов о производстве меха

Вокруг добычи меха много мифов — какие из них не имеют отношения к реальности

РБК
Культовые фильмы ужасов 80-х, которые можно пересматривать и сегодня Культовые фильмы ужасов 80-х, которые можно пересматривать и сегодня

Ужастики, триллеры и слэшеры, которые можно пересматривать вечно!

Maxim
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
Счастье своими руками. 3 простых шага и 4 полезные техники Счастье своими руками. 3 простых шага и 4 полезные техники

Ты и без помощи психологов и коучей можешь добиться желаемого

Лиза
Топ-3 фильмов про космос с самой реалистичной физикой Топ-3 фильмов про космос с самой реалистичной физикой

"Звездные войны", "Аполлон-13", "Армагеддон" — насколько они реалистичны?

Популярная механика
10 продуктов, которые самые здоровые люди на планете едят каждый день 10 продуктов, которые самые здоровые люди на планете едят каждый день

Что такого бы съесть, чтобы оздоровиться и чувствовать себя на все сто?

Cosmopolitan
Как сделать паузу в отношениях Как сделать паузу в отношениях

Как корректно взять перерыв в отношениях и никого не обидеть

GQ
Сытные, бюджетные, полезные: диеты, которые легко соблюдать зимой Сытные, бюджетные, полезные: диеты, которые легко соблюдать зимой

Благодаря этим диетам можно прийти в форму без стресса и голодовок

Cosmopolitan
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
Полеты на паутине и отстрел зомби: топ-7 игр, наполненных духом Рождества Полеты на паутине и отстрел зомби: топ-7 игр, наполненных духом Рождества

Подборка самых интересных релизов, чтобы ты не скучал на новогодних праздниках

Maxim
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
Переход в облако только начинается, а прогнозы о будущем метавселенных могут не сбыться: тренды до 2030 года Переход в облако только начинается, а прогнозы о будущем метавселенных могут не сбыться: тренды до 2030 года

Даже становясь лучше, новые технологии не смогут заменить старые и привычные

VC.RU
Самые горячие мотоциклы 2022 года Самые горячие мотоциклы 2022 года

Если ты страдаешь от острого мототоксикоза, мы подкинем дров в огонь

Maxim
История «Голубого огонька»: когда зажегся, как сиял и почему потух? История «Голубого огонька»: когда зажегся, как сиял и почему потух?

«Голубой огонёк»: от взлета в 60-х до кончины в 80-х и возрождения в конце 90-х

Esquire
«Леша никогда не хотел Сэма! Даже когда он родился»: Айза упрекнула Гуфа «Леша никогда не хотел Сэма! Даже когда он родился»: Айза упрекнула Гуфа

Айза Долматова рассказала об отношениях с бывшим мужем

Cosmopolitan
Дженнифер Лопес Дженнифер Лопес

Ее считают иконой женской и расовой борьбы за равенство и воплощением китча

Psychologies
Открыть в приложении