Гравитационные шумы Вселенной

4 марта 2016 - Украина

Гравитационные шумы Вселенной

Сигнал с постепенно увеличивающимися частотой и амплитудой был одновременно зафиксирован на двух антеннах LIGO в Вашингтоне и Луизиане. Чудом кажется не только то, что удалось впрямую услышать гравитационные шумы Вселенной, но и сам факт, что такой слабый шум вообще можно услышать.

 

Давным-давно, 1 млрд 300 млн лет тому назад, в месте, удаленном отсюда на 1 млрд 300 млн световых лет, столкнулись две черные дыры. Были они относительно невелики и по массе превышали Солнце соответственно в 39 и 26 раз. Вращаясь друг относительно друга с огромной скоростью и затрачивая на один оборот по нескольку миллисекунд, они наконец слились, издав «гравитационный вопль» с энергией трех Солнц.

 

14 сентября прошлого года этот вопль в сильно ослабленном виде достиг Земли, растянув размеры в одном направлении и сжав их в другом, перпендикулярном первому. Это изменение, измеряемое всего лишь десятитысячными долями от радиуса протона, сумели зарегистрировать расположенные в США детекторы обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)это был сигнал в звуковом диапазоне, длящийся пятую долю секунды и нарастающий по амплитуде и частоте. Чудом кажется уже не только то. что ученым удалось подтвердить сделанные 100 лет назад предсказания Альберта Эйнштейна и впрямую услышать гравитационные шумы Вселенной, но и сам факт, что такой слабый шум вообще можно услышать.

 

Член-корреспондент РАН Александр Михайлович Сергеев, директор нижегородского Института прикладной физики РАН, команда из которого принимала участие в создании гравитационной обсерватории, это удивительный результат работы более чем тысячи ученых и специалистов со всего света, четверть века подряд пытавшихся добиться такой чувствительности. Я бы сравнил эти попытки с попытками человека, находящегося в шумном вагоне, расслышать то, что говорит ему собеседник по мобильному телефону. Сначала он уходит туда, где потише, в тамбур например, а потом, если и это не помогает, вообще выходит из вагона, ищет место, где как можно меньше посторонних шумов... Если связь плохая, ему будет нужен телефонный аппарат, который сам не шумит. Дальше по отдельным доносящимся звукам он пытается угадать смысл сказанного. Если собеседник иностранец, он ничего не поймет, а если соотечественник, да еще родственник, чей словарь и чьи интонации хорошо знакомы, он с большей вероятностью разберет телефонное послание. Именно по такому сценарию и шло строительство детекторов обсерватории LIGO.

 

Историю создания LIGO

 

Напомню прежде историю создания LIGO это позволит понять дальнейшее. Идея создать такую обсерваторию обрела жизнь в США в начале 1990-х гг. Именно в эти годы американцы закрыли у себя строительство суперколлайдера нового поколения с параметрами, превосходящими тот, который потом построили в Европе объединенными усилиями многих стран. Дороговизна проекта и массовые протесты налогоплательщиков привели к такому отказу, но вместо него на первый план вышло строительство другой суперустановки, которая, используя метод лазерной интерферометрии, могла бы улавливать неуловимые прежде гравитационные волны. И этот проект оказался самым крупным проектом из реализованных Национальным научным фондом США за всю историю его существования.

 

Теоретически эта идея была известна давно, еще в 1960-е гг. ее озвучили сначала наши теоретики М.Е. Герценштейн и В.И. Пустовойт. потом появились и американские работы, однако долгое время она была практически неосуществима. Не хватало многого, прежде всего лазерных технологий, а также материаловедческих, способных обеспечить нужные материалы для оптических элементов нужного качества и многого другого. И только к 1990-м гг. технологии дошли до такого уровня, что можно было хотя бы попробовать. Так возникла идея установки LIGO, которая, может быть, и не была способна зарегистрировать гравитационные волны, но с ней по крайней мере можно было бы понять, как двигаться дальше.

 

Идея заключалась в том, чтобы использовать характерное свойство гравитационной волны изменять метрику пространства особым образом расширять ее в одном направлении и сжимать в ортогональном. Эту разницу могут почувствовать две световые волны, распространяющиеся перпендикулярно друг другу. В грубом приближении это должно было выглядеть так: луч лазера разбивается на два перпендикулярных друг другу луча, и они начинают бегать между своими зеркалами, встречаясь в приемнике и интерферируя между собой. Гравитационная волна меняет интерференционную картину, что уже может быть зафиксировано.

 

Итак, следуя «телефонному» сценарию, американцы для начала выбрали два самых тихих места для своих детекторов одно в штате Вашингтон, на заброшенном ядерном полигоне на границе с штатом Орегон, а второе в Луизиане, где в краю тропических и субтропических лесов можно было найти тихий уголок. Дальше требовалось сделать так, чтобы шумы детектора не заглушали полезного сигнала. Природа по какой-то случайности устроена так, что самым «бесшумным» диапазоном для LIGO оказался диапазон, который воспринимает человеческое ухо, 10-1000 Гц. Поэтому с помощью этой обсерватории можно в буквальном смысле слова услышать гравитационные волны. И, что очень важно, требовались стабильные и очень мощные лазеры, которые появились только к 1990-м гг. Еще требовалось выделить из всего многообразия космических шумов этого диапазона те, которые вызываются гравитационными волнами. Здесь уже потребовались знания теоретиков. По их расчетам оказалось, что гравитационный всплеск от слияния двух крупных звезд или черных дыр должен порождать очень характерный сигнал с постепенно увеличивающимися частотой и амплитудой, а затем идет резкий обрыв. Такого типа сигнал и был практически одновременно зафиксирован на двух антеннах LIGO в Вашингтоне и Луизиане.

 

Команда LIGO

 

Опыт работы в коллаборации LIGO был огромен. Команда очень интересная, сильная, о каждом из ее лидеров я мог бы с удовольствием говорить часами. Они находятся каждый в своем университете. но ежедневно встречаются в Интернете, активно общаются между собой. Американцы молодцы, они очень хорошо построили работу коллаборации. И знаете, эти две черные дыры, которые когда-то там столкнулись и послали сигнал, нами услышанный, они передали нам я имею в виду Россию несколько очень важных посланий.

 

Первое послание черных дыр

 

Первое послание сводится к тому, что надо вкладывать деньги в крупные установки. Современное фундаментальное знание становится все более дорогим и глубоким. Требуется все более сложный инструментарий, особенно это видно в физике. Мы должны принять как факт, что через некоторое количество лет практически все фундаментальное знание будет генерироваться на больших установках типа LIGO или Большого адронного коллайдера, все остальное будет плестись в хвосте. Потому что если вы сделали инструмент с лучшими характеристиками, чем остальные, вы увидите явления, которых другие не увидят, и вы начинаете пожинать плоды этого превосходства. Только там это знание может быть получено, а поскольку его нужно «вытаскивать» из все больших глубин, его можно получать только в крупных исследовательских инфраструктурах. Это и есть фабрики фундаментального знания.

 

В это время в США и Европе (особенно в Европе) есть программы по созданию более трех десятков исследовательских инфраструктур. И все это по стоимости установки класса LIGO.

 

Второе послание черных дыр

 

Второе послание черных дыр состоит в том, что нельзя допускать разнесения центра управления наукой и центра компетенции. Только ученый знает, в чем он действительно силен и на какие проекты нужно направлять основные силы.

 

Я упоминал, что некоторые наши работы мы вели на гранты Национального научного фонда США.



Похожие записи:

Найдено крупнейшее скопление галактик ранней вселенной
Найдено крупнейшее скопление галактик ранней вселенной
В разделе: Наука и технологии
Самое крупное скопление галактик, которое испустило свет еще в ранней Вселенной 
Карта темной материи
Карта темной материи
В разделе: Наука и технологии
Астрофизики создали самую обширную на сегодня карту распределения темной материи во Вселенной 
Наш вселенная это голограмма?
Наш вселенная это голограмма?
В разделе: Наука и технологии
Ученые предполагают, что Вселенная лишь кажется объемной - 3D, а на самом деле она - 2D проекция на некоем плоском экране. Нечто вроде телевизионного изображения, которое лишь кажется объемным 
Темная материя раскрыла себя в 3D
Темная материя раскрыла себя в 3D
В разделе: Наука и технологии
Космическая рентгеновская обсерватория Chantlra помогла астрономам узнать о распределении загадочной темной материи в далеком скоплении галактик 
Рейтинг: 0 Голосов: 0 442 просмотра
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

 

Новини України