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

Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты Вы их не замечаете, но они меняют наш мир: 6 книг о самых маленьких жителях нашей планеты

Самые необычные и интересные книги о насекомых

Популярная механика
Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти

Отрывок из книги «Мода в кино» — о том, как придумывали образы для героев кино

СНОБ
Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний

157-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Колумбия

Forbes
Почему возникает язва желудка, как ее распознать и чем она опасна Почему возникает язва желудка, как ее распознать и чем она опасна

Язва желудка вызывает сильные боли и ужасный дискомфорт

Cosmopolitan
6 научно обоснованных способов уменьшить тревогу перед походом в спортзал 6 научно обоснованных способов уменьшить тревогу перед походом в спортзал

Что делать, если перед посещением спортзала вас сковывает страх?

Популярная механика
Самые романтичные фильмы о новогодних чудесах Самые романтичные фильмы о новогодних чудесах

Увлекательные фильмы, которые погрузят вас в атмосферу новогоднего чуда

Cosmopolitan
Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку

Ученые смогли показать возможности квантовых процессоров на полупроводниках

N+1
Эволюционный конфликт рабочих безжалых пчел с личинками привел к массовому убийству маток Эволюционный конфликт рабочих безжалых пчел с личинками привел к массовому убийству маток

Как рабочие особи пытаются поддерживать стабильность колонии пчел

N+1
Болевые точки: почему появляются язвы во рту и как их лечить Болевые точки: почему появляются язвы во рту и как их лечить

Кто склонен к образованию неприятных язвочек в полости рта и что с ними делать

Cosmopolitan
Я спокойна, я абсолютно спокойна Я спокойна, я абсолютно спокойна

Как стрессы отражаются на нашей внешности и что с этим делать

Cosmopolitan
Nebo над полигоном: как российскому стартапу удалось запустить суборбитальную ракету на рекордную высоту Nebo над полигоном: как российскому стартапу удалось запустить суборбитальную ракету на рекордную высоту

Ракета-носитель высотой 3,5 метра преодолела высоту в 20 км

Популярная механика
Digital Horizon назвала 7 новых векторов развития финтех-рынка Digital Horizon назвала 7 новых векторов развития финтех-рынка

Как люди будут платить в метавселенных и что придет на смену big data?

Inc.
«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
Категории водительских прав: виды, расшифровка Категории водительских прав: виды, расшифровка

Категорий и подкатегории водительских прав в России, в чем их особенности

РБК
Основатель Promobot Олег Кивокурцев — Forbes: «Любите, пожалуйста, деньги» Основатель Promobot Олег Кивокурцев — Forbes: «Любите, пожалуйста, деньги»

сооснователь компании Promobot — из чего сделаны российские роботы

Forbes
Необратимый тектонический сдвиг: где оседают инвестиции в кибербезопасность Необратимый тектонический сдвиг: где оседают инвестиции в кибербезопасность

Почему венчурная активность России в сфере кибербезопасности стремится к нулю

Forbes
Споры за бизнес «Б.Ю. Александров» и Natura Siberica, арест основателя Group-IB: заметные конфликты в 2021 году Споры за бизнес «Б.Ю. Александров» и Natura Siberica, арест основателя Group-IB: заметные конфликты в 2021 году

Что произошло и чем закончились главные споры по версии vc.ru

VC.RU
Окаянный день Окаянный день

Это рассказ о том, как так случайно вышло, что у нас есть «День сурка»

Maxim
Филлеры могут привести к бронхиту и пневмонии. Врач о рисках «уколов красоты» Филлеры могут привести к бронхиту и пневмонии. Врач о рисках «уколов красоты»

Если ты думаешь, что знаешь о филлерах всё, то ошибаешься

VOICE
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
Власть женщин: что такое матриархат и существовал ли он на самом деле Власть женщин: что такое матриархат и существовал ли он на самом деле

Был ли в истории человечества матриархат?

Forbes
Замужем за мафией: 6 жен самых опасных в истории гангстеров Замужем за мафией: 6 жен самых опасных в истории гангстеров

Чем жизнь жены преступника номер один отличается от судеб обычных людей?

VOICE
Его время Его время

Николас Холт: о стремительном настоящем времени и непредсказуемом прошлом

GQ
Мумия из Инпаня оказалась останками китайского военного чиновника Мумия из Инпаня оказалась останками китайского военного чиновника

Биоархеологи исследовали останки богатого мужчины из Синьцзяна

N+1
Это со мной уже было: почему мы испытываем дежавю Это со мной уже было: почему мы испытываем дежавю

Человек испытывает настойчивое ощущение, будто прежде бывал в подобной ситуации

Cosmopolitan
Дженнифер Лопес Дженнифер Лопес

Ее считают иконой женской и расовой борьбы за равенство и воплощением китча

Psychologies
Какие фильмы нужно обязательно показать ребенку в разном возрасте: киноплан идеального отца Какие фильмы нужно обязательно показать ребенку в разном возрасте: киноплан идеального отца

Идеальный план развития ребенка от 0 до 18 лет через кино и мультфильмы.

Maxim
Оксинитрид титана позволил получить перовскитные солнечные элементы с рекордной эффективностью Оксинитрид титана позволил получить перовскитные солнечные элементы с рекордной эффективностью

Замена оксида титана на оксинитрид улучшила характеристики солнечного элемента

N+1
Через Вселенную Через Вселенную

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

Vogue
Как изменить жизнь к лучшему: 10 книг о полезных привычках Как изменить жизнь к лучшему: 10 книг о полезных привычках

Книги, которые помогут улучшить здоровье и качество жизни

РБК
Открыть в приложении