Альберт Эйнштейн считал, что гравитационные волны существуют, но полагал, что их никогда не удастся зарегистрировать. Англо-германская группа, работающая по проекту GEO600, намерена доказать первое утверждение и опровергнуть второе.
В окрестностях Зарштедта, что близ Ганновера (ФРГ), расположено нечто, что вы никогда не назвали бы гравитационным телескопом. Гравитационные волны поверяются здесь изменением расстояния между двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. В двух перпендикулярных друг другу вакуумных камерах длиной в 600 м (см. числительное в названии проекта) устанавливаются зеркала. Лазерный луч интерферометра разделяется, идёт по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга и на фотодетектор «на выходе» из интерферометра свет не попадает. Однако если любое из зеркал интерферометра сместится на микроскопическое расстояние, взаимное гашение двух лазерных лучей станет неполным и фотодетектор «увидит свет». Причём для этого достаточно, чтобы смешение достигло амплитуды, на порядки меньшей длины световой волны; речь идёт о сдвиге буквально в тысячные доли размера атомного ядра. Естественно, морские волны в сотне километров от GEO600 и прочие колебания создают фон, но он ритмичен, а потому его можно отделить от ожидаемых гравитационных волн.
Ну а выглядит всё это просто как два приземистых ангарчика из нержавеющей стали, вытянувшиеся на 600 м вдоль асфальтированной дороги, по которой почему-то никто не ездит. И правильно: экранирование сторонних колебаний в этом гравитационном телескопе — одна из самых серьёзных проблем.
| Самые мощные гравитационные волны должны вызываться системами двойных нейтронных звёзд, сближающимися друг с другом. GEO600 может позволить наконец-то напрямую регистрировать такие события. (Илл. Pete Guest.) |
Конструкция гравитационного телескопа основана на том, что гравитационная волна искажает метрику в пространстве-времени, через которое проходит. Эта «рябь» пространства-времени в прямом смысле способна изменить расстояние между объектами или замедлить течение времени в районе своего прохождения. К счастью для нас, обычно она очень слаба, а вот астрономов и физиков это не радует.
Хотя проект работает не первый год, а гравитационные волны пока «поймать» не удалось, учёные не унывают. Недавно они провели новую калибровку лазера в интерферометре, полагая, что теперь-то точно добьются своего. В чём причина такого упорства, насколько основателен оптимизм исследователей?
Прямая регистрации гравитационных волн, вероятно, не менее значима, чем первая регистрация нейтрино. Гравитационные телескопы могут открыть принципиально новое окно во Вселенную, а также окно в её историю. Самые мощные гравитационные волны возникают при движении значительного количества материи с ускорением. Для возникновения волны существенной амплитуды необходимы чрезвычайно большая масса излучающего тела и (или) огромные ускорения, при этом амплитуда гравитационной волны прямо пропорциональна ускорению и массе движущегося тела. Поэтому, согласно теории, самые-самые гравитационные волны должны излучать две чёрные дыры при столкновении и слиянии, две сближающиеся и сталкивающиеся нейтронные звезды, а также энергично сталкивающиеся галактики. Ясно, что астрономы чрезвычайно заинтересованы в регистрации таких экзотических явлений, которые к тому же часто почти невозможно обнаружить никакими другими средствами.
По сегодняшним оценкам, самыми существенными и довольно частыми источниками гравитационных волн являются катастрофы, связанные с коллапсом двойных систем в ближайших галактиках.
Наблюдение гравитационных волн от таких двойных систем позволит определить абсолютные расстояния до них с ранее недоступной точностью. Это значит, что радикально точнее станут и наши оценки постоянной Хаббла; возможность её корректировки посредством гравитационных телескопов могла бы сыграть огромную роль в нашем понимании сегодняшней Вселенной. Достаточно сказать, что из постоянной Хаббла — скорости расширения Вселенной — напрямую выводится, к примеру, время, прошедшее с момента Большого взрыва.
| Новые фотоуловители и зеркала существенно повышают чувствительность интерферометра GEO600. Но хватит ли этого для регистрации гравитационной волны? (Фото GEO600.) |
Недавняя замена части оборудования интерферометра полностью удалила «тепловой шум». Другим важным нововведением стало усиление чирпированных импульсов. «Мы довели до передела совершенства каждую из подсистем, и это должно существенно изменить общую чувствительность GEO600. Мы должны зарегистрировать гравитационные волны [здесь] или на американской установке, снабжённой нашими новыми устройствами, примерно к 2015 году», — полагает профессор Джим Хаф, возглавляющий британскую часть проекта. Впрочем, заявление основано не столько на уверенности учёного, сколько на статистике: считается, что гравитационные волны большой силы проходят через нашу планету раз в десятилетие. Так что досрочный взрыв сверхновой или столкновение нейтронных звёзд могут значительно ускорить процесс.
Подготовлено по материалам The Guardian.
Источник: science.compulenta.ru.
Рейтинг публикации:
|
