Рубрики > Лекторий > Музыка черной дыры
Лекторий

Музыка черной дыры

Анатолий Роменский, доцент кафедры «Физика» Пензенского государственного университета

Гравитация является одним из самых загадочных явлений. Уже по теории Ньютона каждое массивное тело порождает в окружающем пространстве силовое поле притяжения. Оно называется гравитационным полем, или полем тяготения.

Много позже, в 1915 году, Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности. Из нее, следует, что гравитация – это геометрический эффект. В этой теории появилось понятие гравитационных волн, которые изменяют геометрические свойства пространства, при прохождении их по этому пространству. Источником гравитационных волн будет любая система, которая двигается с переменным ускорением, например, неустойчивая двойная звезда, состоящая из двух звезд, которые двигаясь по спирали до слияния, будут излучать гравитационные волны.

Гравитационные волны, как и электромагнитные, – поперечные. Это означает, что плоскость колебания волны перпендикулярна направлению ее движения. И в этой плоскости пространство будет сжиматься или растягиваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Причем, когда вдоль одного направления происходит сжатие, другое испытывает растяжение.

Поиск гравитационных волн долгое время был одной из проблем физики. Гравитационное взаимодействие является крайне слабым по сравнению со всеми остальными, однако в астрономических масштабах – это определяющая сила при формировании структуры галактик и самой Вселенной. Крайне важно понимать природу такого взаимодействия. Теперь же подтверждение существования этих волн найдено.

С регистрацией гравитационных волн открывается новый этап в развитии астрономии – гравитационно-волновой. Его можно сравнить, например, с появлением телескопа. Теперь можно надеяться когда-нибудь, зафиксировать реликтовые гравитационные волны, которые стали распространяться во Вселенной почти сразу после большого взрыва. А само подтверждение факта слияния черных дыр будет самым надежным доказательством того, что они, являясь одними из самых загадочных объектов во Вселенной соответствуют нашим представлениям о них.

Как устроены интерферометры – гравитационные телескопы

Первая гравитационная антенна была построена Джорджем Вебером и представляла собой твердое тело в форме цилиндра, на боковой панели которого находились пьезодатчики. Он показал недостаточную чувствительность, поэтому позже экспериментаторы сосредоточились на другой идее – поставить на пути волны плечи интерферометра Майкельсона. Этот прибор состоит из лазера, свет от которого падает на полупрозрачное зеркало, где он разделяется на два пучка, которые далее двигаются по двум взаимно перпендикулярным тоннелям (плечам) одинаковой длины. Затем они отражаются от зеркал, которые расположены в конце плеча, и возвращаются назад к полупрозрачному зеркалу. Изменяя положение концевых зеркал, можно подобрать такую позицию, при которой интенсивность света складываемых лучей будет равна нулю. Но стоит одному из зеркал сместиться, детектор уловит свет. Так и получилось 14 сентября 2015 года. Пришедшая из космоса гравитационная волна пересекла участок с интерферометрами, что привело к растяжению одного из его плеч. Первый лазерный луч сместился относительно второго, что вызовет изменение интенсивности итогового луча.
Чтобы вы себе представляли сложность работы экспериментаторов-релятивистов, вот несколько цифр. Длина плеча интерферометра Ligo составляет 4 км, а изменение, которое надо зафиксировать, составляет не миллиметры или сантиметры, а тысячные доли размера протона.

Открытие гравитационных волн

11 февраля 2016 года было объявлено об экспериментальном открытии гравитационных волн коллаборациями Ligo и Virgo. Сигнал ловили от системы двух черных дыр, которые расположены от нас на расстоянии примерно в 1,3 миллиарда световых лет в созвездии Магеллановых облаков: одна массой в 29 масс солнца, другая – в 36. Событие это крайне редкое. Во-первых, такую пару «черных дыр» надо найти в бескрайних глубинах космоса, а во-вторых, дождаться собственно момента слияния, которое занимает от силы тысячные доли секунды. За 20 миллисекунд, двигаясь по спирали, эта пара слилась в одну большую черную дыру с массой, превышающей массу солнца в 62 раза. Избыток массы, выделившейся при их столкновении, идет на образование гравитационных волн.
Несмотря на гигантские расстояния, гравитационные волны удалось надежно зафиксировать. Полученные колебания исследователи преобразовали в звук. Как оказалось, он напоминает чириканье птиц.

Регистрация

Уже есть логин на сайте SD? Войти

Если вы хотите зарегистрироваться на сайте журнала SD и писать заметки в раздел Блоги, Вам необходимо отправить заявку на почту sd58@inbox.ru, указав свое имя и фамилию. Или заполните форму обратной связи.

Нажимая на кнопку "Отправить" Вы соглашаетесь с
соглашением о согласии на обработку персональных данных

Регистрируясь, вы соглашаетесь с
условиями пользовательского соглашения.

Войти в личный кабинет

Если у вас еще нет аккаунта, обратитесь в редакцию журнала по почте sd58@inbox.ru