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
Новый азимут Новый азимут

Зачем основатель сети городских отелей решил вложиться в туристические зоны

Forbes
Чужак в спальне и другие моменты из жизни Елизаветы II, за которые ей стыдно Чужак в спальне и другие моменты из жизни Елизаветы II, за которые ей стыдно

Неловкие ситуации случались даже с Елизаветой II

Cosmopolitan
Добровольцы помогли австралийским зоологам изучить ехидн Добровольцы помогли австралийским зоологам изучить ехидн

Натуралисты-любители загрузили более 8000 фотографий ехидн

N+1
Бренд и лояльность клиентов ценнее финансов: история любимой покупки Баффета — кондитерской See’s Candys Бренд и лояльность клиентов ценнее финансов: история любимой покупки Баффета — кондитерской See’s Candys

Как кондитерская See’s Candys появилась и расцветала

VC.RU
Исполнение желаний без марафонов: как ставить цели и получать что хочешь Исполнение желаний без марафонов: как ставить цели и получать что хочешь

Собрали работающие техники по достижению целей для тех, кто полагается на себя

РБК
Стартап как на ладони. Что знают о вашем проекте инвесторы с предпринимательским опытом? Стартап как на ладони. Что знают о вашем проекте инвесторы с предпринимательским опытом?

Как знания о работе в стартапе изнутри изменили систему оценки проектов

Inc.
Накопление пластика в Средиземноморье связали с его размером и миграцией из других районов Накопление пластика в Средиземноморье связали с его размером и миграцией из других районов

Группа греческих и итальянских ученых смоделировала накопление микропластика

N+1
Деньги для метавселенной: эксперт о будущем банков, кредитов и криптовалют Деньги для метавселенной: эксперт о будущем банков, кредитов и криптовалют

Какое будущее ждет цифровой банкинг и метавселенные?

Inc.
Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку

Ученые смогли показать возможности квантовых процессоров на полупроводниках

N+1
Когда жена успешнее: как сохранить счастье в браке — мнение психолога Когда жена успешнее: как сохранить счастье в браке — мнение психолога

Что делать, когда твой успех то и дело пошатывает хрупкое семейное счастье?

Cosmopolitan
Ошибки молодости Ошибки молодости

Лозунг «Молодым везде у нас дорога» мода, похоже, восприняла буквально

Vogue
«Суд во всем разберется». Как спорят с ГИБДД из-за тонировки и шторок «Суд во всем разберется». Как спорят с ГИБДД из-за тонировки и шторок

Истории о противостоянии любителей тюнинга и инспекторов ГИБДД

РБК
Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР

Как менялось отношение к Холокосту.

СНОБ
Физики создали оптическую квантовую батарею на сверхпоглощении Физики создали оптическую квантовую батарею на сверхпоглощении

Физики впервые продемонстрировали эффект сверхпоглощения света

N+1
Как устроена заправка: где хранится бензин, и может ли он закончиться или испортиться Как устроена заправка: где хранится бензин, и может ли он закончиться или испортиться

Где и в чем на заправке хранится бензин? Может ли он закончиться?

Популярная механика
Как не стать жертвой марафонов по похудению Как не стать жертвой марафонов по похудению

Подобные «забеги» – невероятно популярное сегодня направление

Лиза
Движение вверх Движение вверх

Загородный дом, оформленный на стыке неоклассики и ар-деко

SALON-Interior
Экологичные поездки: как электромобили изменят индустрию такси Экологичные поездки: как электромобили изменят индустрию такси

Опыт Китая и других стран показывает, что стратегия «озеленяет» транспорт

Популярная механика
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
Blago White: биография, карьера и личная жизнь рэпера Blago White: биография, карьера и личная жизнь рэпера

Blago White — как появился самый добрый русский артист

Playboy
Немарковский теплообмен с резервуаром объяснил эффект Мпембы Немарковский теплообмен с резервуаром объяснил эффект Мпембы

Эффект Мпембы возникает из-за немарковского взаимодействия системы с резервуаром

N+1
Со дна памяти Со дна памяти

В 1918 году ледокольный пароход «Вайгач» сел на скалу в Енисейском заливе

Вокруг света
«Идут, уткнувшись в мобильник»: водители обвинили пешеходов в беспечности «Идут, уткнувшись в мобильник»: водители обвинили пешеходов в беспечности

Какие пешеходы раздражают водителей?

РБК
Кто такая Елена Блиновская, заработавшая на инфоцыганстве миллиард и устроившая хайп с Собчак Кто такая Елена Блиновская, заработавшая на инфоцыганстве миллиард и устроившая хайп с Собчак

Кто такая Елена Блиновская и откуда у неё последователи?

Maxim
Кодекс долголетия: что заставляет нас стареть и как это остановить Кодекс долголетия: что заставляет нас стареть и как это остановить

Почему мы стареем и как можем замедлить этот процесс и даже обратить его вспять

Forbes
Больше, чем бабочки в животе: 6 признаков влюбленности, подтвержденных наукой Больше, чем бабочки в животе: 6 признаков влюбленности, подтвержденных наукой

Как понять, что вы влюблены?

Популярная механика
Рене Зеллвегер Рене Зеллвегер

Рене Зеллвегер, в свои 50+ выглядит максимум лет на 35. В чём её секрет?

Здоровье
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
Неподъемные доспехи и культ прекрасной дамы: правда и вымысел об эпохе рыцарей Неподъемные доспехи и культ прекрасной дамы: правда и вымысел об эпохе рыцарей

Какими были рыцари на самом деле?

Популярная механика
Открыть в приложении