Звук колебания гравитационных волн оказался похож на чириканье птиц

«МК» подробно разобрал научную сенсацию века

12 февраля 2016 в 18:13, просмотров: 13117

Событие, предсказанное сто лет назад Альбертом Эйнштейном произошло 11 февраля 2016 года, - ученые объявили об открытии гравитационных волн — нового инструмента для изучения Вселенной. Теперь человечество вступает в новую эру — эру гравитационно-волновой астрономии. Это сродни появлению телескопа или радиоастрономии и достойно Нобелевской премии! Один из авторов открытия, научный директор Российского квантового центра, профессор МГУ Михаил ГОРОДЕЦКИЙ пояснил читателям «МК», как же было совершено открытие.

Звук колебания гравитационных волн оказался похож на чириканье птиц

Само событие, которое наверняка войдет во все новые учебники физики, было зарегистрировано 14 сентября 2015 года в 13.51 по московскому времени на двух детекторах-близнецах Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон). 23 (!) года к этому шла группа из 1000 физиков, в которую вошли 8 представителей нашего МГУ и Института прикладной физики РАН из Нижнего Новгорода.

Физики, конечно, не ждали такой удачи. Детекторы уловили колебания пространства в результате события, произошедшего далеко во Вселенной 1,3 миллиарда (!) лет назад. Две столкнувшиеся чёрные дыры имели массы в 29 и 36 наших Солнц и соединились в одну массой.. нет, не 65, а 62 Солнца. Масса 3-х недостающих Солнц как раз «испарились» в пространство в виде гравитационных волн. На это ушли тысячные доли секунды. Максимальная мощность излучения при этом оказалась в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Анализируя моменты прихода сигналов, детектор в Ливингстоне записал событие на 7 миллисекунд ранее детектора в Хэнфорде. Это дало ученым возможность утверждать, что источник сигнала был расположен в южном полушарии неба.

Но как собственно, каждый из детекторов ловил волну?

- Что представляет собой сам детектор?- спрашиваю я Михаила Городецкого.

- Если описывать его примитивно, то он состоит из лазерного излучателя и отходящих от него под прямым углом друг к другу двух стальных труб протяженностью по 4 км. На конце каждой трубы — по зеркалу диаметром около 25 см. Это очень чувствительные зеркала, отражающие примерно 99,999 % света.

- Как работает эта конструкция?

- Из излучателя выходит два луча-близнецы и устремляются каждый к своему зеркалу. Эти зеркала настроены так, что при равных расстояниях труб они вернут каждый луч обратно в одну исходную точку (делитель пучка), и оба луча друг друга «погасят», не выходя за пределы делителя. Если излучение не погасилось полностью и меняется со временем — значит, расстояния «плеч» не одинаковые. Это и есть доказательство того, что наш детектор подвергся колебаниям гравитационной волны.

фото: Андрей Аракчеев

- Давайте по порядку, - с какой стороны волна подошла к детектору?

- Волна падает перпендикулярно поверхности Земли сверху. В результате одну трубу сжимает (уменьшая расстояние между лазером и зеркалом), а другое «плечо» — увеличивает. То есть лучи уже проходят не одинаковое расстояния, и на выходе в результате этой разницы появляется слабое несимметричное оптическое изучение, которое мы и зарегистрировали. По нему мы и судили, как сжималась и расширялась наша антенна (трубы с лазерными лучами).

- И по этому колебанию вы сумели «увидеть» слияние двух черных дыр на расстоянии 1,3 млрд лет назад?

- Да.

- В чем состояла роль российских физиков в проекте?

- Мы занимались повышением чувствительности антенн, искали пути снижения уровня различных шумов. Имея в виду очень маленькие уровни сжатия трубы (10 в -19 степени метра), представляете, какой должна быть чувствительность зеркал?! А если где-то недалеко проедет грузовой автомобиль? Все, даже звуки, могли помешать нам увидеть гравитационную волну. Поэтому мы от шумов и избавлялись.

- Что для этого потребовалось сделать?

- Целый комплекс мер, начиная от чистоты материалов, размера лазерного пучка, геометрии установки детектора... Зеркала надо было очень точно подвесить на кварцевых нитях так, чтобы они не колебались под действиям сейсмики или акустики.

- Но ведь надо было еще отличить гравитационную волну от электромагнитной или радиоволны?

- Никакая другая волна кроме гравитационной не могла бы повлиять на ход лазерных лучей. Но электромагнитные волны могли создать помехи, и мы их тоже устраняли.

- При фиксации гравитационной волны работало два детектора в разных штатах США. Зачем?

- Во-первых, для проверки результата, чтобы убедиться, что мы зафиксировали не какое-то местное событие, а действительно колебания глобального масштаба. Во-вторых, задержка колебания между ними в 7 миллисекунд позволила нам установить, в какой стороне неба произошло событие.

В общем, у ученых теперь появился новый инструмент для прослушки Вселенной. Он, по словам Городецкого, поможет нам фиксировать почти напрямую такие космические события, как столкновения черных дыр или нейтронных звезд. И при этом в отличие от электромагнитных волн, которые поглощаются газо-пылевыми облаками, гравитационным никакие преграды не страшны. И напоследок маленькое чудо: частоты гравитационных волн, регистрируемые LIGO, уже преобразовали в звук. По словам Городецкого, он напоминает чириканье птиц.



Партнеры