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
Слагаемые успеха: качества, которые помогут стать звездой — разбирается эксперт Слагаемые успеха: качества, которые помогут стать звездой — разбирается эксперт

Какими качествами должен обладать человек, чтобы добиться популярности

Cosmopolitan
Ленивая йога: как разминать тело, не отходя далеко от кровати Ленивая йога: как разминать тело, не отходя далеко от кровати

Даже лежание на диване можно обернуть себе на пользу

Esquire
11 знаменитых актеров и актрис, которых мы не видели молодыми 11 знаменитых актеров и актрис, которых мы не видели молодыми

Мы привыкли видеть их в обрамлении седин и морщин, а они тоже были молодыми!

Maxim
Как эмоции влияют на зачатие, и почему у некоторых женщин бывает психологическое бесплодие? Как эмоции влияют на зачатие, и почему у некоторых женщин бывает психологическое бесплодие?

Успешное зачатие и вынашивание ребенка имеет и психологическую составляющую

9 месяцев
Через Вселенную Через Вселенную

Звезда «Игры в кальмара» Чон Хо Ён — о взлетах, падениях и шансе

Vogue
От Инстасамки до Давы: эти блогеры разбогатели благодаря пластическим операциям От Инстасамки до Давы: эти блогеры разбогатели благодаря пластическим операциям

После череды пластических операций, жизнь этих блогеров изменилась

Cosmopolitan
Что мы читали в 2021 году — издательский рейтинг Что мы читали в 2021 году — издательский рейтинг

Список бестселлеров 2021 года с художественной литературой и нон-фикшном

СНОБ
В Хакасии раскопали курган с погребениями трех археологических культур В Хакасии раскопали курган с погребениями трех археологических культур

Археологи раскопали в Хакассии курган могильника Уйтаг-3

N+1
Один город — три судьбы Один город — три судьбы

5 причин посетить Волгоград

Лиза
От «Нивы» до «Майбаха». На каких автомобилях ездил Нурсултан Назарбаев От «Нивы» до «Майбаха». На каких автомобилях ездил Нурсултан Назарбаев

Гараж Нурсултана Назарбаева: роскошные лимузины и очень дорогие суперкары

РБК
31 способ увеличить ресурс сердечной мышцы с помощью последних научных открытий и новых подходов 31 способ увеличить ресурс сердечной мышцы с помощью последних научных открытий и новых подходов

“Главное, ребята, сердцем не стареть”. Как это сделать, знают наши эксперты

Men’s Health
Смена привычек. Зимний тест электрического Jaguar i-Pace Смена привычек. Зимний тест электрического Jaguar i-Pace

Как тест Jaguar i-Pace превратился в проверку городской зарядной инфраструктуры

РБК
«С самых низов»: как Дина Хабирова прошла путь от хостес до успешного ресторатора «С самых низов»: как Дина Хабирова прошла путь от хостес до успешного ресторатора

Дина Хабирова уже более 25 лет работает в ресторанном бизнесе

Forbes
Россия, Кудыкина гора Россия, Кудыкина гора

Огнедышащий Змей Горыныч обнаружен под Липецком

Maxim
Самуил Маршак против Владимира Ленина Самуил Маршак против Владимира Ленина

Доктор Фрикен — совсем другой Маршак, нежели тот, к которому мы привыкли

Дилетант
Где взять водород? Где взять водород?

Водород давно и широко используется в химической и пищевой промышленности

Наука и жизнь
Гарри Поттер, далматинцы и Мэри Поппинс: 12 лучших фильмов для семейного просмотра Гарри Поттер, далматинцы и Мэри Поппинс: 12 лучших фильмов для семейного просмотра

Самые добрые и вдохновляющие фильмы для всей семьи

Forbes
ДК Лурье ДК Лурье

Как историк Лев Лурье строит Петербург будущего

Собака.ru
Учёные считают, что шестое массовое вымирание уже началось Учёные считают, что шестое массовое вымирание уже началось

За последние 500 лет вымерло от 7% до 13% видов животных

Популярная механика
10 полезных свойств семян льны и советы, как включить их в рацион 10 полезных свойств семян льны и советы, как включить их в рацион

Семена льна — известный суперфуд, популярный у сторонников правильного питания

Cosmopolitan
7 продуктов, которые усиливают чувство голода 7 продуктов, которые усиливают чувство голода

Какие продукты лучше избегать, чтобы не усилить чувство голода?

Cosmopolitan
Как справиться с повышенной тревожностью: 7 шагов к спокойной жизни Как справиться с повышенной тревожностью: 7 шагов к спокойной жизни

Тревожность и беспокойство можно победить

Playboy
Русского парня усыновили за границей: через 20 лет он вернулся к семье на родину Русского парня усыновили за границей: через 20 лет он вернулся к семье на родину

История Алекса, который искал своих биологических родителей в России

Cosmopolitan
Opel Zafira Life — автомобиль, который подходит и многодетным отцам, и холостякам Opel Zafira Life — автомобиль, который подходит и многодетным отцам, и холостякам

Opel Zafira Life — едва ли не лучший микроавтобус для путешествий с семьей

Maxim
Из имамов в российские дворяне Из имамов в российские дворяне

После капитуляции в ауле Гуниб Шамиля ждал почётный плен в России

Дилетант
Адаптивная оптика: как рассмотреть звёзды на небе? Адаптивная оптика: как рассмотреть звёзды на небе?

Россыпь звезд, будто подмигивающих наблюдателю, выглядит очень романтично

Популярная механика
Рэд Байрон, или как стать самым быстрым человеком в Америке Рэд Байрон, или как стать самым быстрым человеком в Америке

Роберт Байрон — история гонщика, который обогнал всех

Популярная механика
Герои и друзья «РБК Стиль» — о фильмах для новогодних каникул Герои и друзья «РБК Стиль» — о фильмах для новогодних каникул

Все мы в любые каникулы и выходные задаемся вопросом, что посмотреть

РБК
Евгений Водолазкин о смерти, библиотеках, современных читателях и писательском таланте Евгений Водолазкин о смерти, библиотеках, современных читателях и писательском таланте

В чем магия писателя Евгения Водолазкина?

СНОБ
Открыть в приложении