Труба из провинции готовится к охоте на чёрные дыры и ядра звёзд

Моделирование гравитационных волн. Новые лазерные интерферометры, по идее, должны обнаружить гравитационные волны, произведённые самыми сильными астрофизическими событиями, типа слияния двух чёрных дыр (иллюстрация MPI for Gravitational Physics/W.Benger-ZIB).

Невзрачная «водосточная труба», наполовину зарытая в землю. Рядом – поле со свёклой и брюссельской капустой, пыльная загородная дорога. Не впечатляет. Между тем с помощью этой «трубы» учёные намерены заглянуть в такие глубины Вселенной, куда обычные телескопы не доберутся никогда.

Одна из ферм в Нижней Саксонии (Германия) даёт приют одному из самых необычных инструментов науки — GEO 600. Это, возможно, лучший приёмник гравитационных волн, с каким когда-либо экспериментировали учёные.

«Многие ожидают, что экспериментальное обнаружение гравитационных волн станет одним из самых больших научных достижений нашей эры. И, конечно, Нобелевской премией для кого-то», — говорит профессор Джим Хок (Jim Hough) из британского института гравитационных исследований (Glasgow University/Institute for Gravitational Research), посвятивший 30 лет своей жизни поиску гравитационных волн.

Поставив ногу на шершавую трубу, профессор уверяет, что теперь победа близка как никогда – на расстоянии считанных месяцев. Хок – один из лидеров амбициозного проекта, который осуществляют ряд британских и германских университетов и научных организаций.

Хок и его любимое детище (фотографии с сайта news.bbc.co.uk).

Гравитационные волны, в принципе, испускаются любыми подвижными телами, но только самые массивные из них – чёрные дыры, нейтронные звёзды (в определённых процессах) – способны порождать гравитационные волны такой силы, что появляется надежда на их обнаружение.

Гравитационные волны, проходя через любое тело, последовательно растягивают и сжимают его в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Но взаимодействие это так мало, что для обнаружения эффекта нужно достичь невиданной ранее точности: ошибка в определении расстояния в 150 миллионов километров не должна превышать, скажем, один диаметр атома водорода.

Британо-германский альянс физиков ничуть не смущён такими цифрами и утверждает, что недавно построенный (но пока не запущенный) GEO 600, хоть и обладает базой для измерения слабых искажений пространства-времени всего-то в 600 метров, но зато точность, с которой будет измеряться это расстояние — одна трёхтысячная диаметра протона!

Трудно это представить, учитывая, что части установки состоят из сонма атомов, подверженных, к тому же, тепловому движению.

Сверхгладкие зеркала, подвешенные на стеклянных нитях, закреплённых на демпфированных рамах; лучи лазера, бегающие внутри вакуумированных труб, тонкая настройка всех элементов, потребовавшая месяцев упорного труда – учёным пришлось основательно повозиться с прибором, который вскоре должен начать 18-месячную охоту за гравитационными волнами.

Устроен GEO 600 так. Мощный лазер нацелен на «делитель луча» — полупрозрачное зеркало, которое делит луч и направляет их в два длинных туннеля, лежащих перпендикулярно друг другу.

Гравитационные волны, испускаемые двумя нейтронными звёздами, быстро вращающимися вокруг общего центра тяжести (1) и схема GEO 600 (2) (иллюстрация с сайта news.bbc.co.uk).

Оптика (e, f – смотри рисунок) используются, чтобы увеличить слабый сигнал. Зеркала a, b, c и d удлиняют путь лучей, которые, в конце концов, возвращаются к началу туннелей, объединяются и попадают в фотоприёмник, связанный с компьютером.

Прохождение гравитационной волны меняет длину одного из туннелей, что обнаруживается по интерференции сведённых вместе лучей, один из которых будет в таком случае чуточку запаздывать.

Если расчёты авторов установки оправдаются, то у человечества появится ещё один вид астрономии – гравитационная. Это возможность заглянуть в небывалые дали или, например, в ядра взрывающихся звёзд. Также можно будет «увидеть» слияние чёрных дыр и нейтронных звёзд.

Ещё одно подтверждение Общей теории относительности – это дополнительный бонус, в случае успеха миссии GEO 600.

Для построения новых приёмников гравитационных волн физикам потребовались самые прецизионные оптика и механика (фото с сайта news.bbc.co.uk).

Кстати, проект GEO 600 — не единственный в этой области. Можно вспомнить, к примеру, американо-европейский космический эксперимент LISA. Есть сходные установки и на Земле (кроме Европы – в Америке, Австралии и Азии).

Одновременное обнаружение сигнала (от прокатившейся со скоростью света через земной шар гравитационной волны), доказало бы, что приборы уловили именно её.

Это было бы сенсацией. Ведь тогда впервые в изучении далёких миров мы перестанем полагаться лишь на электромагнитное излучение.

Возможно также, что подобные установки смогут непосредственно уловить и гравитационное эхо от Большого Взрыва, позволив науке исследовать первые моменты создания Вселенной и, быть может, сплотить некоторые из противоречащих теорий, описывающих это событие.

Получить совсем иной взгляд на мир. Может быть, именно этого не хватало науке, чтобы понять что-то важное? Хок полагает, что чувствительность «трубы на ферме» уже находится на уровне, достаточном, чтобы однажды выбежать из лаборатории на улицу с криком «Эврика!».



Кислотные облака ждут экспресс Земля — Венера

9 ноября 2005

Исследователь астероида остановился на последних метрах

7 ноября 2005

Скорость звука может превысить скорость света в вакууме

7 ноября 2005

Не найдено ещё одно доказательство отсутствия жизни на Марсе

7 ноября 2005

Первый космический турист из Азии готовится к полёту на МКС

7 ноября 2005