Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?

6 960 просмотров
Об авторе

Гравитационная волна

После включения в сентябре 2015 года двойная обсерватория LIGO — детекторы Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories в Ханфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана — одновременно обнаружили слияние двух черных дыр в первую же рабочую сессию, хотя их чувствительность была установлена на 30% от возможной. Слияние двух черных дыр массой в 36 и 29 солнечных, обнаруженное 14 сентября 2015 года, и других черных дыр в 14 и 8 солнечных масс, обнаруженное 26 декабря 2015 года, обеспечило первое определенное и прямое подтверждение существования гравитационных волн. Потребовалось целое столетие, чтобы это сделать. Наконец технологии смогли проверить теорию и подтвердить ее.

Но обнаружение этих волн только начало: в астрономии назревает новая эпоха. 101 год назад Эйнштейн выдвинул новую теорию гравитации: общую теорию относительности. Вместе с ней пришло осознание: далекие массы не притягивают подобные мгновенно по всей вселенной, это присутствие материи и энергии деформирует ткань пространства-времени. Эта совершенно новая картина гравитации принесла с собой целый ряд неожиданных последствий, включая гравитационное линзирование, расширяющуюся Вселенной, гравитационное замедление времени и — как мы теперь знаем наверняка — существование нового типа излучения: гравитационных волн. Когда массы движутся или ускоряются относительно друг друга через пространство, реакция самого пространства порождает рябь. Эта рябь движется через пространство со скоростью света и, попадая в итоге в наши детекторы, сообщает нам о далеких событиях посредством гравитационных волн.

Гравитация

Проще всего обнаружить объекты, которые испускают сильные сигналы, а именно:

  • крупные массы,
  • расположенные на небольшом расстоянии между собой,
  • быстро вращающиеся,
  • со значительно меняющимися орбитами.

Лучшими кандидатами, очевидно, являются сталкивающиеся, коллапсирующие объекты вроде черных дыр и нейтронных звезд. Нам также стоит иметь в виду частоту, на которой мы можем обнаружить эти объекты, которая будет примерно равна длине пути детектора (длина рукава, умноженная на число отражений), разделенной на скорость света.

Рукава

LIGO, с ее 4-километровыми рукавами с тысячами отражений света, может видеть объекты с частотами в миллисекундном диапазоне. Сюда входят сливающиеся черные дыры и нейтронные звезды на последней стадии слияния, а также экзотические события вроде черных дыр или нейтронных звезд, которые поглощают большой кусок вещества и переживают «бульк», становясь более сферическими. Сильно асимметричная сверхновая также может создать гравитационную волну; коллапс ядра вряд ли попадет в детекторы гравитационных волн, сливающиеся белые карликовые звезды неподалеку вполне могли бы.

Мы уже наблюдали слияния черных дыр с черными дырами, и по мере того, как LIGO совершенствуется, можно разумно предположить, что за следующие несколько лет у нас будет первое поколение оценок черных дыр звездных масс (от нескольких до сотни солнечных масс). LIGO также должна найти слияния нейтронных звезд с нейтронными звездами; когда обсерватории выйдут на запланированную чувствительность, они смогут наблюдать три-четыре события ежемесячно, если наши оценки частоты их слияния и чувствительности LIGO верны.

Черные дыры

Асимметричные сверхновые и взбулькивания экзотических нейтронных дыр будет крайне интересно обнаружить (если удастся, ведь полагают, что это редкие события). Но самые большие прорывы стоит ожидать вместе с появлением большего числа детекторов. Когда детектор VIRGO в Италии начнет работать, станет возможно настоящее позиционирование за счет триангуляции: мы сможем точно определять, где в космосе рождаются эти события, а вслед за этим проводить и оптические измерения. За VIRGO последуют гравитационно-волновые интерферометры в Японии и Индии. Через несколько лет наше видение гравитационно-волнового неба выйдет на новый уровень.

Гравитация

Но самые большие успехи начнутся, когда мы выведем наши гравитационно-волновые амбиции в космос. В космосе вы не ограничены сейсмическим шумом, грохотом грузовиков или тектоникой плит; лишь тихий космический вакуум на фоне. Вы не ограничены кривизной Земли, возможной длиной рукавов обсерватории; можно вывести обсерваторию подальше от Земли или даже на орбиту вокруг Солнца. Мы могли бы измерять объекты уже не миллисекунды, а секунды, дни, недели или дольше. Мы могли бы обнаруживать гравитационные волны сверхмассивных черных дыр, включая крупнейшие из известных во Вселенной объекты.

Гравитация

Наконец, если мы построим достаточно большую и достаточно чувствительную космическую обсерваторию, мы могли бы увидеть гравитационные волны, оставшиеся от самого Большого Взрыва. Мы могли бы непосредственно обнаружить гравитационные возмущения космической инфляции и не только подтвердить наше космическое происхождение, но и доказать, что гравитация сама по себе является квантовой силой природы. В конце концов, эти инфляционные гравитационные волны не могли бы появиться, если бы гравитация сама по себе не была квантовым полем.

В настоящее время не утихают споры касательно того, какая миссия для NASA станет приоритетной в 2030-х годах. Хотя предлагают множество хороших миссий, отдельно стоит отметить строительство космической гравитационно-волновой обсерватории на орбите вокруг Солнца. У нас есть технология, мы доказали ее работоспособность, мы подтвердили существование волн. Будущее гравитационно-волновой астрономии ограничено лишь тем, что сама Вселенная может нам предоставить, и тем, как много мы на это потратим. Расцвет новой эпохи уже начался. Остается вопрос, насколько ярко засияет это новое поле астрономии.

Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

18 комментариев

  1. kirfoton

    Кто - нибудь из знатоков подскажет, как преобразовать гравитационную волну в электричество ? Как преобразовать свет в электричество, мы знаем : фотоэлектрические панели. Как преобразовать радиоволну в электричество, тоже знаем : хорошая антенна и хороший выпрямитель радиочастотного тока. Но вот вопрос : как преобразовать грав. волну в электричество ?

    • Editor54

      Можно наверное, но вот только смысл не понятен - сила гравитации примерно в 10 в 40 степени меньше электромагнитной. Иными словами, гора родит мышь.

    • allexxic

      Обсерватория на столе? Хотите сигнальчик снять? Или вечный двигатель? ;)

    • Pain

      Ответ у тебя же в вопросе содержится - гравитационную волну никак нельзя преобразовать в электричество, потому что грави волн не существует. Потому что они ищут колебание пространства (по тексту - "массы движутся или ускоряются относительно друг друга через пространство, реакция самого пространства порождает рябь. Эта рябь движется через пространство со скоростью света"), хотя по определению физического пространства его нельзя искривлять или колебать (массу можно колебать и искривлять, а пространство - как?).

      И это печалит, что люди, которые банально не разбираются в основах гребут деньги на свои "детекторы" и снимают там наводки с электрического чайника, выдавая это за откровение. А обыватели не имеют знаний и времени (зачастую), посему просто не могут понять - это же лженаука в чистом её виде. Посему и стоим на месте вот уже 101 год, или вы знаете хоть какие-то изобретения на основе релятивистских учений? Даже в космос на реактивной тяге летаем, известной с фиг знает каких времен...

      • Editor54

        Зачётный троллинг. Давай ещё!

        • Pain

          Без проблем, тот же Хокинг долгое время уверял, что информация в черной дыре пропадает, потом выдал, что все-таки не пропадает, было такое да?
          Так вот парень выдает суть информации за материальный объект, иначе как она может пропадать? Хотя информация - это изменение. И она не может пропадать. Вот летишь ты к дыре своей воображаемой - информация. Пересекаешь воображаемый горизонт событий - информация. Растягиваешься до струн/остаешься голограммой на горизонте (ну или что там еще набредили по этому поводу) - информация. Так вот куда она может пропасть?
          В общем наш дорогой колясочник не рубит в основах терминологии. Соответственно он банально некомпетентен. Читай - лжеученый.

          • Editor54

            Спасибо, за мнение, но оно лично ваше и не имеет к науке никакого отношения. Хокинг, так же как и Эйнштейн - лучшие представители науки. Об этом вам скажет большинство современных научных работников.

            • Pain

              Ваше мнение к науке тоже не имеет никакого отношения, а с учеными вы явно не общаетесь. Того же Эншти яро ненавидели его сокашники. Однако, я не говорю, что они плохие люди. Но лучшие представители? То есть по вашей логике лучший представитель из музыки Бибер? Почему нет, его все знают, все слышали и т.д. и т.п. Пора бы заиметь свою точку мнения, м?

            • Pain

              Для начала советую ознакомится, что лучше понятно кто эти люди и чем они занимались - http://www.newtheory.ru/physics/relyativizm-efirnie-teorii-i-teorii-eynshteyna-t3053.html

      • Gemma

        что ты неуч в этом понимаешь!? Пространство нельзя сжимать...!!! пипец просто! "Его нельзя искривлять или колебать, бл@$ь!"

      • cats.can.fly

        Гравитацию можно заставить совершать работу.

        • Pain

          А с этим никто и не спорит, но вы же отметили ниже - это самое слабое взаимодействие (про макромир, правда, я не понял, типа там гравитация сильнее других взаимодействий или что?), ну потому энергию эту выделять бесполезно, ну очень она слабая, эта гравитация. Даже маленький магнитик на холодильнике сильнее, чем притяжении всей нашей планеты, советую подумать над этим

    • cats.can.fly

      Веритасиум в своём видосе рассказали что электроны из-за своей массы тоже генерируют гравитационные волны.
      Передатчик мощностью в 200Ватт будет давать - 0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 Ватт в гравитационно-волновом эквиваленте.

    • sergei.krutoi

      Чтобы понять и ответить, необходимо знать что первично. Всегда самая малая сила руководит более сильной! Любой силой всегда руководит разум. Самый высший разум руководствуется только эргономикой(только ради того чтобы он жил или присутствовал). Электричеством руководит разум. Электричество в некотором смысле руководит всеми четырьмя фундаментальными силами. Но электричеством тоже руководят, но абсолютно не разум(это про суть искры или импульса). (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. matva

    Гравитация самая слабая из сил, а преодолеть её так и не можем ( (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • cats.can.fly

      Поправочка, самая слабая в микромире, а не в макро мире.
      Такида это слабейшее из 4х фиундаментальных вэаимодействий.

      • Pain

        То есть в твоем представлении в макромире гравитация сильнее электромагнитного взаимодействия? Или сильного? Это как так получается? В макро и микромирах разные силы получаются действуют?

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.