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
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Женщины очень разные. В этом-то и проблема. И что они не любят — сложно понять

Maxim
Проверка прочности: фильмы о кризисе среднего возраста Проверка прочности: фильмы о кризисе среднего возраста

Налаживаем отношения с жизнью с помощью этих фильмов

GQ
Свинья в губной помаде, лук-порей и лаваш: как понять язык стартапера Свинья в губной помаде, лук-порей и лаваш: как понять язык стартапера

Стартаперы всего мира говорят на специальном стартаперском языке

Forbes
Молекулярно-генетическая экспертиза: как ловят маньяков Молекулярно-генетическая экспертиза: как ловят маньяков

Что такое генетический портрет человека и как он помогает ловить преступников?

Популярная механика
Фильмы, которые откроют вам 1970-е Фильмы, которые откроют вам 1970-е

Кино о 70-тых, для тех, кому мало «Лакричной пиццы».

GQ
Пример для подражания. Светлана Наумова Пример для подражания. Светлана Наумова

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

Cosmopolitan
5 причин есть кедровые орехи чаще 5 причин есть кедровые орехи чаще

Чем полезны кедровые орехи, сколько их можно съесть и как хранить?

РБК
Как работает тяжелая огнеметная система «Солнцепёк» Как работает тяжелая огнеметная система «Солнцепёк»

ТОС-1А «Солнцепек» — еще страшнее, чем ТОС-1 «Буратино»

Maxim
5 ошибок Антона Кириллова, сооснователя Jump.Taxi и Jump.Finance 5 ошибок Антона Кириллова, сооснователя Jump.Taxi и Jump.Finance

Сооснователь Jump.Taxi о самых интересных ошибках, которые допустил

Inc.
Удивительные факты о фильме «Любовь и голуби», который хотели запретить в СССР Удивительные факты о фильме «Любовь и голуби», который хотели запретить в СССР

Как снимался фильм «Любовь и голуби» и почему мог вообще не выйти в прокат

Cosmopolitan
О чем мы не можем говорить О чем мы не можем говорить

Многим трудно говорить о половых органах, невозможно даже произнести их названия

Psychologies
Планетологи разрешили воде быть жидкой на Марсе еще миллиард лет Планетологи разрешили воде быть жидкой на Марсе еще миллиард лет

Последний раз вода текла по поверхности Марса 2 миллиарда лет назад

N+1
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
Прочь от реальности: топ-11 аудиокниг для каникул Прочь от реальности: топ-11 аудиокниг для каникул

11 аудиокниг — и ровно столько же необычайных миров

Популярная механика
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
Настройки яркости Настройки яркости

7 способов прокачать в себе харизму

Лиза
Гнилые яблоки для Шиллера и жабья рвота для Ньютона: причуды известных ученых и писателей Гнилые яблоки для Шиллера и жабья рвота для Ньютона: причуды известных ученых и писателей

Нормальных людей не существует, среди гениев — тем более

Playboy
Памятник архитектуре Памятник архитектуре

Ренцо Пьяно превратил ГЭС-2 в архитектурный аттракцион невиданного масштаба

Robb Report
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
Психологи выяснили, сколько секса мужчине надо для счастья Психологи выяснили, сколько секса мужчине надо для счастья

Что важнее для счастья — секс или деньги

Maxim
Человек на задворках Человек на задворках

Анна Толстова о поколении «Плеяды» и выставке «За фасадом эпохи»

Weekend
Как повлиял на мировую моду Андре Леон Телли Как повлиял на мировую моду Андре Леон Телли

Скончался один из самых колоритных персонажей в фешн-индустрии Андре Леон Телли

СНОБ
Техосмотр-2022: кто никогда его не пройдет (важный список для всех) Техосмотр-2022: кто никогда его не пройдет (важный список для всех)

Наиболее частые ошибки, с которыми не получить диагностическую карту

РБК
«Наш мини-пиг весит 85 килограммов»: истории о том, как питомцы оказались не теми, за кого себя выдают «Наш мини-пиг весит 85 килограммов»: истории о том, как питомцы оказались не теми, за кого себя выдают

Истории о том, почему породистых животных нужно брать только у заводчиков

Playboy
Уроки экстремального выживания от тех, кто живет на грани: предел возможностей Уроки экстремального выживания от тех, кто живет на грани: предел возможностей

Истории людей, которые бросают вызов дикой природе

Популярная механика
Историк развеял 8 мифов о Титанике, которые породил культовый фильм Историк развеял 8 мифов о Титанике, которые породил культовый фильм

Единственная правда в культовом фильме о Титанике то, что он затонул

Playboy
Как помочь семье преодолеть синдром усталости Как помочь семье преодолеть синдром усталости

Как семье не утонуть в круговороте ссор из-за усталости во благо других

СНОБ
Польза и удовольствие: за что мы любим чернослив Польза и удовольствие: за что мы любим чернослив

Чернослив помогает нормализовать пищеварение и укрепляет кости

РБК
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
Открыть в приложении