От сверхнизких температур на Земле до низкочастотного детектирования в космосе

Технологии

ТАСС, 13 октября. Что помогло проекту LIGO, основатели которого в 2017 получили Нобелевскую премию по физике, не закрыться в первые восемь лет из-за отсутствия результатов, какая модернизация ждет гравитационно-волновые детекторы в ближайшем будущем и когда поиск колебаний пространства–времени перейдет в космос, в интервью ТАСС рассказал один из основателей проекта LIGO, нобелевский лауреат Барри Бэриш.

На эту темуВ чем смысл проекта LIGO и как он связан с Нобелевской премией

"Сейчас мы запустили программу по улучшению работы LIGO, которая рассчитана на ближайшие 5–10 лет. Ее уже одобрил и профинансировал Национальный научный фонд США. В рамках этой программы мы планируем повысить чувствительность наших детекторов в 5–10 раз. Помимо небольших улучшений в работе установки мы планируем провести очень сложное, но большое изменение – перевести весь детектор на работу при сверхнизких температурах", – рассказал Бэриш.

Сегодня на Земле существует всего два комплекса, которые могут улавливать гравитационные волны. Так ученые называют колебания пространства–времени, которые предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Первый из них – детектор LIGO – построили в 2002 году по проекту, который в конце 80 годов прошлого века разработали Кип Торн, Райнер Вайсс и Рональд Древер.

"В отличие от моих коллег Торна и Вайсса, я не участвовал в разработке первоначальных планов по постройке LIGO. Но я стоял у самых истоков проекта. Меня часто спрашивают, как я выдержал несколько десятилетий подобной работы. Для меня это не было проблемой, так как мы никогда не чувствовали, что перед нами стояли какие-то непреодолимые препятствия. Поиск гравитационных волн для меня был сложной технической проблемой, которую мы в конечном итоге решили", – отметил нобелевский лауреат.

Как отметил Бэриш, сама идея поиска гравитационных волн появилась очень давно, еще в конце 1950 годов. Тогда ученые пришли к выводу, что подобные колебания пространства–времени все же можно уловить, хотя в этом долго сомневался Альберт Эйнштейн. Изначально ученые планировали использовать для их поиска гигантские бруски и цилиндры из алюминия, которые могут резонировать на определенных частотах. Однако физики быстро отказались от таких идей и попытались решить эту задачу с помощью интерферометров.

Читать:   Навстречу дефолту. России все труднее выплачивать госдолг

Эти устройства определяют малейшие смещения в положении двух зеркал, которые максимально изолированы от окружающей среды. Интерферометры отслеживают, как меняется рисунок, который возникает в результате взаимодействия двух лазерных лучей, отраженных от поверхности этих зеркал.

Первый свет в конце тоннеля

"Опыты с интерферометрами, которые проводились в 1980 годах в Британии и Германии, убедили нас в том, что подобные измерения вполне можно провести на практике. Одновременно с этим появились расчеты Кипа и его коллег, благодаря которым стало ясно, какая чувствительность должна быть у детекторов для того, чтобы обнаружить гравитационные волны", – пояснил Бэриш.

На эту темуКак устроена обсерватория LIGO, где открыли гравитационные волны

По его словам, основатели LIGO изначально хорошо понимали, что нужной чувствительности им вряд ли удастся достичь и не надеялись открыть гравитационные волны в ходе первой стадии проекта. Подобные соображения часто становятся причиной для преждевременного завершения экспериментов и отказа от их изначального финансирования. Однако в случае с LIGO ученым, как отметил физик, повезло со спонсором.

"Мы с самого начала знали, что для обнаружения тех источников гравитационных волн, чью силу вычислили Торн и его команда, нужно будет увеличить чувствительность наших детекторов в гораздо большей степени, чем это было заложено в первоначальных планах по созданию LIGO. К счастью, наш проект финансировал не Конгресс США, как отмененный суперколлайдер SSC, а Национальный научный фонд США (NSF), которым традиционно руководят ученые, а не бюрократы", – объяснил физик.

Благодаря поддержке со стороны NSF участники проекта постоянно наращивали чувствительность LIGO. Это позволило ученым в сентябре 2015 года зафиксировать первый всплеск гравитационных волн, источником которых было слияние черных дыр.

За последующие четыре года LIGO и европейский детектор VIRGO, который запустили в августе 2017 года, открыли семь десятков подобных событий. Среди них несколько гравитационных и оптических сигналов от слияний нейтронных звезд.

Читать:   Ученые спрогнозировали увеличение числа инвазивных видов к середине XXI века

На минувших выходных Бэриш рассказал о последних достижениях в этой области на лекции в рамках Всероссийского фестиваля "Наука 0+", который проходит на этой неделе в Москве и других городах России. Как отметил физик, ученые LIGO и VIRGO не хотят останавливаться и планирует еще глубже изучить "гравитационную Вселенную".

Первая "перепись" черных дыр

"Сейчас мы планируем развивать проект по трем направлениям. В частности, мы планируем ликвидировать один из самых больших источников помех, связанный с тем, что наша установка работает при комнатной температуре. Это очень сложная техническая проблема, и нам еще предстоит решить, при каких температурах LIGO будет работать. Исходя из этого инженеры будут изготавливать новые зеркала и их покрытие, а также решать множество других проблем", – продолжил Бэриш физик.

На эту темуСудьбу планет у белых карликов прояснят гравитационные волны. Основанная на их использовании методика может быть гораздо лучше классических телескопов

Подобное большое обновление LIGO, в силу его сложности закончится только к концу следующего десятилетия. При этом ученые продолжают совершенствовать существующие системы детекторов. Благодаря этому после перезапуска обсерваторий в 2021 или 2022 году можно будет открывать по одному всплеску гравитационных волн в день.

"Нам сложно предсказать, как именно изменится чувствительность детекторов с учетом новых технологий, – к примеру, излучателей "сжатого света". Пока они почти удвоили чувствительность LIGO к более высокочастотным гравитационным волнам. Однако мы еще не знаем, как получить аналогичное улучшение в низкочастотной части спектра", – объяснил ученый.

Кроме технических улучшений Бэриш и его коллеги планируют сфокусировать свои усилия на анализе самых необычных сигналов, которые детекторы засекли во время прошлого цикла работы. Часть из них, как недавно уже обнаружили ученые, не вписывается в общепринятые представления о минимальных и максимальных размерах черных дыр и нейтронных звезд.

Вдобавок, ученые планируют составить каталог черных дыр, слияния которых уже открыли и будут открывать LIGO и ViRGO. Бэриш надеется, что это поможет астрономам понять, как возникают пары черных дыр и в каких областях галактик они чаще всего появляются.

Читать:   Коронавирусная инфекция "отнимет" у глобального потепления всего 0,01 °С

Союз Земли и космоса

"Самая важная задача для всей нашей области науки на ближайшее десятилетие – переход к наблюдениям за гравитационными волнами в космосе. Они будут проводиться в рамках европейско-американского проекта eLISA, которую планируют запустить в начале 2030 годов. Схожие планы озвучивали и наши китайские коллеги, однако детали того, что они планируют делать, пока не ясны", – отметил Бэриш.

Научная команда LIGO, по его словам, учитывает эту возможность и надеется обновить детекторы, в том числе и перейти на низкотемпературный режим работы, таким образом, что к запуску и началу работы eLISA они будут находиться в строю и смогут фиксировать гравитационные волны.

"Конечно, LIGO и eLISA будут изучать разные типы гравитационных волн. Однако мы все же можем вести совместные наблюдения благодаря тому, что одни и те же объекты могут излучать как высокочастотные колебания, которые фиксируем мы, так и низкочастотные волны, доступные eLISA. В частности, наши европейские коллеги будут "видеть" некоторые источники, к примеру, пары сближающихся черных дыр, за несколько месяцев до того, как они станут заметны для LIGO", – пояснил нобелевский лауреат.

Кроме этого, ученые возлагают большие надежды на создание новых детекторов, в том числе индийской версии LIGO, которую должны запустить в 2024 году. Благодаря этой установке ученые смогут точно локализовать источники гравитационных волн на ночном небе. Это очень важно для совместных наблюдений как с eLISA, так и оптическими и другими классическими телескопами.

"У нас есть планы по постройке еще более крупных интерферометров, длина плеч которых будет больше 40 км, а не 4, как сейчас. Это будет еще сложнее и неудобнее с технической точки зрения, поэтому в будущем нам нужно будет вести подобные наблюдения иначе. Мне кажется, что этого можно будет добиться с помощью атомной интерферометрии. Однако подобные идеи пока еще очень далеки от практической реализации", – подытожил Бэриш.

Источник: tass.ru

Оцените статью
Экономические новости