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
Диетолог назвала 5 продуктов, которые заменят кофе и помогут оставаться бодрыми и продуктивными Диетолог назвала 5 продуктов, которые заменят кофе и помогут оставаться бодрыми и продуктивными

Эти продукты помогут поддерживать высокий уровень энергии и сконцентрированности

Inc.
Почему киты не тонут, когда всасывают в себя криль? Почему киты не тонут, когда всасывают в себя криль?

Почему киты не захлебываются, когда едят?

Популярная механика
Как похудеть в спине: советы тренера и 3 полезных упражнения Как похудеть в спине: советы тренера и 3 полезных упражнения

Почему толстеет спина, как убрать жир на животе и надо ли вообще это делать?

Cosmopolitan
Маленькими шагами: что такое принцип последовательности и как он приводит к успеху Маленькими шагами: что такое принцип последовательности и как он приводит к успеху

Как работает принцип последовательности и медленного роста

Forbes
8 простых техник психологической манипуляции на каждый день 8 простых техник психологической манипуляции на каждый день

Удивительно простые приемы, которые помогают располагать к себе людей

Maxim
15 признаков того, что абьюзер в отношениях – это ты, и что делать дальше 15 признаков того, что абьюзер в отношениях – это ты, и что делать дальше

От насилия действительно чаще страдают женщины, но случается и наоборот

Лиза
За МКАД нашлись деньги: зачем крупные застройщики идут на региональные рынки За МКАД нашлись деньги: зачем крупные застройщики идут на региональные рынки

Что столичные застройщики могут предложить региональным рынкам?

Forbes
Ей причинили роль Ей причинили роль

Как сложились судьбы звезд легендарного порнофильма «Глубокая глотка»

Esquire
«Путеводитель зоолога по Галактике» «Путеводитель зоолога по Галактике»

Зачем животные двигаются?

N+1
9 причин начать употреблять цветную капусту прямо сейчас 9 причин начать употреблять цветную капусту прямо сейчас

Цветная капуста — универсальный источник растительных волокон

Cosmopolitan
ТОП-5 ошибок в ремонте кухни, из-за которых ты переплатишь дважды ТОП-5 ошибок в ремонте кухни, из-за которых ты переплатишь дважды

Разбираемся в том, какие ошибки чаще всего встречаются при ремонте кухни

Лиза
Из имамов в российские дворяне Из имамов в российские дворяне

После капитуляции в ауле Гуниб Шамиля ждал почётный плен в России

Дилетант
Чужой среди своих: самый полный гид по аутоиммунным заболеваниям Чужой среди своих: самый полный гид по аутоиммунным заболеваниям

Что нужно знать об аутоиммунных заболеваниях и почему они возникают?

Cosmopolitan
Пандемия дала время на осмысление, и теперь правила диктуют соискатели: как изменилось отношение к смене работы на рынке Пандемия дала время на осмысление, и теперь правила диктуют соискатели: как изменилось отношение к смене работы на рынке

Нет смысла отрицать, что соискатели пользуются преимуществами нынешнего климата

VC.RU
Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР Как менялось отношение к Холокосту в Германии и СССР

Как менялось отношение к Холокосту.

СНОБ
Из подрядчиков в стартпап: история маркетингового сервиса Popmechanic Из подрядчиков в стартпап: история маркетингового сервиса Popmechanic

Как идея стартапа превратилась в бизнес стоимостью 105 млн. руб.

Inc.
«Куб с побелкой уже не заходит»: сколько приносит строительство печей в Подмосковье «Куб с побелкой уже не заходит»: сколько приносит строительство печей в Подмосковье

Основатель компании «Печевед» строит в загородных домах дизайнерские очаги

VC.RU
«Не могу представить, что мне надоест»: инстамама Лерчик об удовольствии и работе «Не могу представить, что мне надоест»: инстамама Лерчик об удовольствии и работе

Блогер Валерия Чекалина — о работе, своем бренде и мотивации

Forbes
Трагедия Макбета: театр без воздуха, Коэн без брата Трагедия Макбета: театр без воздуха, Коэн без брата

Вышла «Трагедия Макбета» — первый фильм Джоэла Коэна, снятый без брата Итана

РБК
Иван Васильевич меняет биографию Иван Васильевич меняет биографию

Как физики расследуют преступления, совершенные сотни лет назад?

Популярная механика
Макар Запорожский: «Жаль тратить время на социальные сети» Макар Запорожский: «Жаль тратить время на социальные сети»

Разговор с Макаром Запорожским о футболе, хоккее и человеческих слабостях

Cosmopolitan
Притягивающие молекулы воды частицы уменьшили воспаление в коленном суставе крыс Притягивающие молекулы воды частицы уменьшили воспаление в коленном суставе крыс

Гель для лечения остеоартроза состоит из частиц, притягивающих молекулы воды

N+1
Ученые разработали тест для оценки полноценности прожитой жизни Ученые разработали тест для оценки полноценности прожитой жизни

Как проверить, насколько полноценную жизнь вы прожили?

Популярная механика
Хьюстон, у нас проблема: как понять, что отношения мешают тебе развиваться Хьюстон, у нас проблема: как понять, что отношения мешают тебе развиваться

Порой спутник жизни может серьезно тормозить личностный рост

Cosmopolitan
5 невероятных историй, в которых замешаны гаджеты и очень большие деньги 5 невероятных историй, в которых замешаны гаджеты и очень большие деньги

О самых безумных сделках, эпических ошибках и нереально дорогих гаджетах

CHIP
Маленький парк в большом городе: как и почему урбанисты разбивают камерные сады Маленький парк в большом городе: как и почему урбанисты разбивают камерные сады

Разбираемся, в чем прелесть мини-парков и какие они бывают

СНОБ
На лицо ужасные, сладкие внутри:  8 тропических фруктов, на которые хоть и страшно смотреть, а попробовать все же стоит На лицо ужасные, сладкие внутри:  8 тропических фруктов, на которые хоть и страшно смотреть, а попробовать все же стоит

Эти фрукты для многих кажутся диковатыми и совершенно несъедобными

Популярная механика
Как рассказать о своем фетише Как рассказать о своем фетише

Как выбрать подходящий момент, чтобы рассказать о своих фантазиях?

GQ
Найти время на чашку чая и тишину: руководство по обретению радости Найти время на чашку чая и тишину: руководство по обретению радости

Практики и медитации, которые дадут вам путь более осмысленной и радостной жизни

Forbes
Открыть в приложении