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

Почему пингвины кучкуются? Почему пингвины кучкуются?

Чему мы можем научиться у пингвинов?

Популярная механика
10 советов, как сделать домашнюю еду такой же вкусной, как в ресторанах. Протестируйте их на своей кухне 10 советов, как сделать домашнюю еду такой же вкусной, как в ресторанах. Протестируйте их на своей кухне

Эти хитрости помогут вам приготовить ужин ничуть не хуже, чем в ресторане

Популярная механика
«Успокойся» не работает «Успокойся» не работает

Можно ли стать менее восприимчивым и нужно ли?

Psychologies
Microsoft купит разработчика Call of Duty и World of Warcraft почти за $70 миллиардов. Что это значит для игровой индустрии? Microsoft купит разработчика Call of Duty и World of Warcraft почти за $70 миллиардов. Что это значит для игровой индустрии?

В соцсетях дружно хоронят Blizzard, которую купил Microsoft

Esquire
Биядерный лантанидный комплекс оказался сильнейшим молекулярным магнитом Биядерный лантанидный комплекс оказался сильнейшим молекулярным магнитом

В металлорганическом соединении обнаружили связь между атомами двух лантанидов

N+1
Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть? Что мы знаем о чёрных дырах и как их увидеть?

Черные дыры — одни из самых странных объектов в космическом пространстве

Популярная механика
Несравненный Несравненный

Журналист объясняет, как из мальчика вырос мужчина, который называет себя львом

GQ
И папа может И папа может

У некоторых мужчин получается «сесть в декрет» вместо жены, и весьма неплохо

Домашний Очаг
Оксиды азота и озон помешали насекомым-опылителям найти цветки Оксиды азота и озон помешали насекомым-опылителям найти цветки

Загрязнение воздуха снизило численность опылителей и количество посещений цветов

N+1
Психолог назвал 3 способа произвести хорошее впечатление на новой работе Психолог назвал 3 способа произвести хорошее впечатление на новой работе

Каких стратегий поведения нужно придерживаться в первое время на новой работе?

Inc.
Как глобальное потепление изменяет свойства алкоголя и его потребление Как глобальное потепление изменяет свойства алкоголя и его потребление

Изменение климата лишает нас коньяка, делает вино крепче, а пиво — дороже

СНОБ
Чтение выходного дня: «Святой папочка» — дерзкая автобиографичная история финалистки Букеровской премии о том, как ужиться с безумной семейкой Чтение выходного дня: «Святой папочка» — дерзкая автобиографичная история финалистки Букеровской премии о том, как ужиться с безумной семейкой

Начало автобиографической истории о переизобретении взрослости Патриции Локвуд

Esquire
Пример для подражания. Светлана Наумова Пример для подражания. Светлана Наумова

Как любить свое дело, терять его, но всегда с триумфом возвращаться

Cosmopolitan
Что такое биотин и как он влияет на волосы Что такое биотин и как он влияет на волосы

Рассказываем о сильных и слабых сторонах биотина

РБК
Палеогенетики обнаружили в Сирии древнейших гибридных животных Палеогенетики обнаружили в Сирии древнейших гибридных животных

Животные оказались непохожи на обычных лошадей, ослов или онагров

N+1
С легким паром, или как правильно париться в бане: 10 полезных советов С легким паром, или как правильно париться в бане: 10 полезных советов

Что может быть лучше настоящей русской баньки с ароматным веником?

Playboy
Базовые ценности. Тест-драйв начальной Suzuki Vitara Базовые ценности. Тест-драйв начальной Suzuki Vitara

Suzuki Vitara — незадушенный «атмосферник» и надежный автомат

РБК
Во что поиграть вдвоем на PlayStation 4: топ-5 игр для веселого кооператива Во что поиграть вдвоем на PlayStation 4: топ-5 игр для веселого кооператива

5 лучших игр для PS4 на двоих

CHIP
5 американских дезинформационных нарративов 5 американских дезинформационных нарративов

Информационная война — это борьба идей и столкновение фейков

СНОБ
Несладкая жизнь Несладкая жизнь

Исследователи называют сахар ингредиентом, вызывающим сильное привыкание

Лиза
Фотограф Юрий Рост: Каждое время оставляет человеку возможность подкручивать усы вверх Фотограф Юрий Рост: Каждое время оставляет человеку возможность подкручивать усы вверх

Фотограф Юрий Рост — о времени, профессии и правилах жизни

СНОБ
Тактика наступления Тактика наступления

Уже минимум треть пациентов эстетических клиник — мужчины

Tatler
Другой разговор! Другой разговор!

Какую диету выбрать, чтобы держать себя в форме? И нужно ли вообще ее выбирать?

Лиза
Колючее лечение Колючее лечение

Правда и мифы про иглоукалывание

Лиза
5 ситуаций, когда робот-пылесос окажется бесполезной тратой денег 5 ситуаций, когда робот-пылесос окажется бесполезной тратой денег

Ситуации, когда покупка робота-пылесоса не даст никакого результата

CHIP
Перст судьбы Перст судьбы

Нейл-арт перекочевал из категории безвкусицы в разряд самых свежих трендов

Vogue
Наука невозможного: как добыть энергию из черных дыр Наука невозможного: как добыть энергию из черных дыр

Возможно ли добыть энергию, забросив фотонные ковши к горизонту событий

Популярная механика
Древние жители Афонтовой горы оказались охотниками на зайцев Древние жители Афонтовой горы оказались охотниками на зайцев

Жители Афонтовой горы использовали разнообразное оружие в охоте

N+1
«В равенстве нет ничего сложного»: как Элис Пол возглавила борьбу суфражисток в США «В равенстве нет ничего сложного»: как Элис Пол возглавила борьбу суфражисток в США

Как Элис Пол добилась того, чтобы пункт о равенстве полов внесли в устав ООН

Forbes
«Самое страшное — оказаться в пургу вне станции»: полярник о жизни и работе в Арктике и Антарктиде «Самое страшное — оказаться в пургу вне станции»: полярник о жизни и работе в Арктике и Антарктиде

Кто такие полярники, чем они занимаются и в чем сложность их работы?

VC.RU
Открыть в приложении