Версия для слабовидящих
На подходе совершенно новые детекторы гравитационных волн Печать Email
Новости науки
01.03.2016

Гравитационные волны, которые недавно зарегистрировала коллаборация LIGO, возникли после того, как две чёрные дыры, каждая из которых имела массу в 30 раз больше массы Солнца, слились в единое целое в результате впечатляющего столкновения. Но так называемые гравитационные волны очень слабые и охватывают широкий диапазон частот, а значит, требуют самых разных технологий обнаружения. И чтобы иметь возможность в полной мере исследовать это явление, требуются иные типы детекторов, нежели используются сегодня.

Новое исследование специалистов из консорциума астрономов NANOGrav показывает, что уже в ближайшее время низкочастотные гравитационные волны могут быть обнаружены с помощью существующих радиотелескопов.

"Мы можем засечь этот сигнал, если будем иметь возможность контролировать достаточно большое количество пульсаров, разбросанных по всему небу, – объясняет в пресс-релизе ведущий автор новой работы Стивен Тейлор (Stephen Taylor) из Лаборатории реактивного движения НАСА. – Если мы увидим одни и те же отклонения у всех из них, это и станет неопровержимым доказательством".

Пульсары представляют собой быстро вращающиеся нейтронные звёзды с сильным магнитным полем, которые остаются после взрыва массивных звёзд в виде сверхновой. Тейлор и его коллеги искали способы использовать эти сильные источники излучения для обнаружения сигналов от низкочастотных гравитационных волн, которые образуются при столкновении ещё более массивных объектов, чем те, с которыми работала команда LIGO. Например, при столкновении двух галактик, в центре каждой из которых содержится сверхмассивная чёрная дыра в миллиарды раз превосходящая Солнце по массе.

Такие чёрные дыры в итоге будут какое-то время вращаться относительно друг друга и медленно сближаться до полного слияния в ещё более массивный объект. В процессе этого вращения они создают гравитационное возмущение окружающего пространства-времени, которое распространяется во все стороны в виде слабого сигнала, как вибрации по паутине.

Когда эти "волны" достигают нашей планеты, они подталкивают её, вызывая небольшое отклонение относительно отдалённых пульсаров. При этом колебания, возникшие в результате одного слияния сверхмассивных чёрных дыр, могут проходить через пространство близ Земли на протяжении нескольких месяцев или даже лет. То есть, чтобы их обнаружить, требуются многолетние наблюдения.

Пульсары излучают "столбы" радиоволн. Их быстрое вращение приводит к тому, что на Земле исходящее от пульсара радиоизлучение воспринимается радиотелескопами, как быстрое "мигание" звезды. Всё это напоминает работу маяка. Большинство пульсаров "подают сигнал" землянам несколько раз в секунду, но некоторые из них вращаются в сотни раз быстрее. Время прибытия таких сигналов строго периодично и легко предсказуемо, так что существующие приборы могут измерять их с точностью до десятимиллионных долей секунды. Это можно использовать, чтобы определять невероятно малые сдвиги относительно положения Земли, вызванные гравитационными волнами.

"Речь идёт не только о столкновении галактик, – говорит Джозеф Лацио (Joseph Lazio), соавтор статьи, опубликованной на этой неделе в издании The Astrophysical Journal Letters. – Мы думаем, что многие системы содержат двойные сверхмассивные чёрные дыры и, возможно, мы сможем их обнаружить. Наблюдая за пульсарами, мы можем почувствовать, как эти массивные объекты медленно по спирали приближаются друг к другу".

Сейчас американские учёные, объединённые проектом NANOGrav, наблюдают 54 пульсара в небе над северным полушарием, и открыты для сотрудничества с коллегами с других континентов для увеличения числа наблюдаемых источников сигнала.

Стоит отметить, что незадолго до столкновения чёрных дыр гравитационные волны становятся слишком короткими, чтобы их можно было поймать при помощи пульсаров. В этом случае на помощь могут прийти космические лазерные интерферометры. Специалисты Европейского космического агентства при участии коллег из НАСА разрабатывают детектор eLISA, который может стать первой вехой для целой сети регистраторов гравитационных волн, расположенных на орбите планеты.

Суть технологии состоит в том, что два объекта незакреплённые на месте должны двигаться в пространстве на постоянном удалении друг от друга. При этом они должны быть изолированы от всех типов воздействия кроме силы тяжести. В будущем по систематическим слабым колебаниям этих объектов планируется определять самые короткие гравитационные волны. А пока учёным нужно было выяснить могут ли два предмета так точно сохранять свои относительные позиции.

Чтобы проверить жизнеспособность этой идеи в 2015 году в космос был выведен тестовый зонд LISA Pathfinder. И наконец, команда проекта сообщила о первых успешных испытаниях системы, в которую до сих пор верили далеко не все специалисты.

Внутри космического аппарата помещены два двухкилограммовых куба из золота и платины, установленные на расстоянии 38 сантиметров друг от друга. При движении зонда в пространстве на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, эти кубы освободили от креплений, и измеряли их относительное положение с помощью сверхточных лазерных датчиков, которые регистрируют любые смещения с точностью до одной миллионной доли миллиметра. Аппарат должен регулировать своё положение двигателями малой тяги, чтобы кубы постоянно оставались точно в его центре.

"Всё работает именно так, как мы планировали. Это своего рода магия, и редко можно увидеть подобное в своей карьере экспериментатора", – говорит главный исследователь Стефано Витале (Stefano Vitale) из Университета Тренто.

Помимо успешного испытания LISA Pathfinder дальнейшее финансирование проекта космического детектора зависело от того, будут ли гравитационные волны зарегистрированы на наземных детекторах. Таким образом, уходящий февраль оказался для исследователей особенно удачным месяцем.

Источник - http://www.vesti.ru/doc.html?id=2725758

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта