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
В двух шагах от трона В двух шагах от трона

Герцог и герцогиня Кембриджские стремительно набирают очки в погоне за троном

Караван историй
«Успокойся» не работает «Успокойся» не работает

Можно ли стать менее восприимчивым и нужно ли?

Psychologies
Дурной TON: как мошенники используют Павла Дурова Дурной TON: как мошенники используют Павла Дурова

Как аферисты продвигают в сети «инвестпроекты» с помощью образов известных людей

Forbes
Давка в «Сокольниках»: как связаны гибель 13 детей и появление советской жвачки Давка в «Сокольниках»: как связаны гибель 13 детей и появление советской жвачки

Как появилась советская жвачка?

Cosmopolitan
Поглотитель Amazon-брендов и кандидаты на IPO: кому дали денег больше всех в 2021-м Поглотитель Amazon-брендов и кандидаты на IPO: кому дали денег больше всех в 2021-м

Пять проектах основателей, получивших максимальную сумму инвестиции

Forbes
Как купить или продать NFT: зарабатываем на цифровом искусстве Как купить или продать NFT: зарабатываем на цифровом искусстве

Как покупать и продавать NFT-картины, стихи, гифки или песни

CHIP
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
Прогулка с котом по Эрмитажу... Прогулка с котом по Эрмитажу...

Путешествие по музею во времени и пространстве с котом-экскурсоводом

Караван историй
Палеопатологи обнаружили следы гнойных инфекций в древнеегипетских детских мумиях Палеопатологи обнаружили следы гнойных инфекций в древнеегипетских детских мумиях

Палеопатологи исследовали с помощью томографии несколько детских мумий

N+1
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
Как бывший олигарх Мухтар Аблязов превратился в «лидера протестов» в Казахстане Как бывший олигарх Мухтар Аблязов превратился в «лидера протестов» в Казахстане

Как Мухтар Аблязов стал олигархом, а потом беглым преступником и оппозиционером

Forbes
Корсет-мотоцикл и платье для Кардашьян: 7 великих нарядов Тьерри Мюглера Корсет-мотоцикл и платье для Кардашьян: 7 великих нарядов Тьерри Мюглера

Рассказываем об эксцентричном дизайнере Тьерри Мюглере и его главных образах

РБК
Почему котики такие милые? Этому есть 8 научно обоснованных причин Почему котики такие милые? Этому есть 8 научно обоснованных причин

Почему кошки кажутся нам маленькими детьми?

Cosmopolitan
6 самых ярких книг 2021 года 6 самых ярких книг 2021 года

Самые интересные книги 2021 года

Cosmopolitan
Сделано в СССР: 10 самых важных советских дизайн-решений Сделано в СССР: 10 самых важных советских дизайн-решений

Советский дизайн: от концепции «перспективного такси» до аналога «умных часов»

ТехИнсайдер
Просто кошмар: как не быть бесконечным источником негатива для других людей Просто кошмар: как не быть бесконечным источником негатива для других людей

Отрывок из книги «Вредные мысли» — как отказаться от излишней драматизации?

Forbes
Как завести виртуальную подругу в симмуляторе отношений, или во что превратился Тамагочи Как завести виртуальную подругу в симмуляторе отношений, или во что превратился Тамагочи

Как люди заводят себе виртуальных подруг в приложениях

Playboy
В России впервые установили зрительный нейроимплант В России впервые установили зрительный нейроимплант

Зрительный имплант был успешно установлен в мозг обезьяны

Популярная механика
Витамины для иммунитета мужчин: топ-5 самых главных Витамины для иммунитета мужчин: топ-5 самых главных

Иммунитет скажет тебе "спасибо" за эти витамины

Playboy
Архитектурные излишества Архитектурные излишества

Лаконичный интерьер с классической архитектурой и винтажной мебелью

AD
Лазерная абляция помогла создать компактный источник атомов Лазерная абляция помогла создать компактный источник атомов

Как ученые собираются создать мобильные атомные часы

N+1
Аллергия на секс: как интимная близость может убить Аллергия на секс: как интимная близость может убить

У тебя есть минимум два способа превратить постельные игры в смертельный номер

Maxim
Как на нас влияет одиночество: болезни и причины Как на нас влияет одиночество: болезни и причины

Длительная изоляция может определенным образом влиять на нас.

Популярная механика
Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР

Как менялось отношение к Холокосту.

СНОБ
10 героев кино и сериалов с расстройством множественной личности 10 героев кино и сериалов с расстройством множественной личности

Фильмы и сериал о людях, в чьих головах бывает тесно от обилия «постояльцев»

СНОБ
Виктимблейминг: почему люди обвиняют жертв насилия и что с этим делать Виктимблейминг: почему люди обвиняют жертв насилия и что с этим делать

Что заставляет людей обвинять жертв и оправдывать насилие?

Forbes
S-Class на минималках? Тест-драйв нового Mercedes-Benz C-Class S-Class на минималках? Тест-драйв нового Mercedes-Benz C-Class

Рассматриваем Mercedes-Benz C-Class нового поколения

Популярная механика
Боба Фетт и все-все-все: таймлайн вселенной «Звездных войн» Боба Фетт и все-все-все: таймлайн вселенной «Звездных войн»

Актуальный канонический таймлайн вселенной «Звездных войн»

Esquire
За сколько можно похудеть на 10 кг и больше: 4 женщины рассказали о своем опыте За сколько можно похудеть на 10 кг и больше: 4 женщины рассказали о своем опыте

Историй похудения: этим женщинам удалось похудеть на 10 кг и даже больше!

Cosmopolitan
Открыть в приложении