Поиски гравитационных бурь в чаше Грааля
На прошлой неделе вступила в строй первая в мире сферическая антенна для приема гравитационных волн, и теперь профессор Джорджио Фроссати (Giorgio Frossati) из Физического института (LION) Лейденского университета (Нидерланды) может "слушать" гравитационные волны. То есть он сможет их "услышать", если такая волна, обладающая достаточной мощностью, "набежит" на Землю, ну и если конечно такие волны вообще существуют (что пока еще не доказано). Считается, что гравитационные волны, достаточно мощные для того, чтобы их смогла зарегистрировать современная техника, возникают во время взаимного поглощения пар черных дыр в дальнем космосе, а также излучаются неустойчивыми нейтронными звездами.
Новый прибор, изготовленный в Лейденском физическом институте, получил символическое название MiniGRAIL, что можно перевести как "Мини-чаша Грааля". Это плод нескольких лет тесного сотрудничества между исследовательской группой Фроссати и институтскими техниками из мастерской тонкой механики и электроники. "Этим результатом мы можем гордиться", - заявил профессор Питер Кес (Peter Kes), научный директор Физического института.
Детектор MiniGRAIL изготовлен из меди с повышенным содержанием алюминия (6%), имеет диаметр 65 см и весит 1150 кг (резонансная частота - 2,9 кГц, диапазон рабочих частот - около 230 Гц). Когда гравитационные волны достигнут антенны, то они какую-то небольшую часть своей энергии передадут шару. Согласно расчетам, попадая на детектор, гравитационная волна с частотой приблизительно 3000 герц заставит шар вибрировать во всех возможных направлениях. Эти колебания очень малы, речь идет об одной биллионной биллионной части сантиметра (10-20 м), что является серьезным вызовом для современных технологий. "Мини-чаша Грааля" должна еще будет повысить свою чувствительность, чтобы она стала достаточной для обнаружения ультрамалых колебаний. Астрономы предсказывают, что по частоте и амплитуде таких ультрамалых колебаний можно различать источники гравитационных волн - от слияния черных дыр до неустойчивостей в нейтронных звездах.
Чтобы воспрепятствовать ложным срабатываниям в максимально возможной степени, MiniGRAIL установили на двух антивибрационных опорах, а шар охлаждают до ультранизких температур. В настоящее время охлаждение уже достигло 4 кельвинов, что соответствует -269°С. Это эквивалентно естественным температурам, существующим в самых холодных уголках Вселенной. Несколько недель спустя температура шара будет снижена до еще большей степени, и тогда она достигнет рекордных величин, достижимых только с помощью новейшей криогенной техники (20 милликельвинов), тогда же развернется и настоящее научное состязание: кто первым в мире сможет зарегистрировать гравитационные волны и измерить их амплитуду.
Состязаться будут американские, итальянские команды и, собственно, группа Фроссати. Однако элемент сотрудничества в этом соревновании будет гораздо важнее состязательности. "Вы никогда не сможете убедиться в том, что измерили гравитационную волну, пока не сравнили результаты с другими группами. Только если мы все одновременно зарегистрируем событие, то будет твердо знать, что это была действительно гравитационная волна", - поясняет Фроссати.
Источники:
MiniGRAIL: first spherical gravitational wave antenna in the world - Leiden Institute of Physics
MiniGRAIL
Обсудить
Статьи по теме
Хозяйственная деятельность человека в космосе развернулась уже столь масштабно, что самое время научиться убирать за собой мусор, чтобы не превращать все околоземное пространство в подобие привокзального общественного туалета. Американская фирма разработала небольшое устройство, использующее для сведения старых спутников с орбиты электродинамический эффект.
Ученые из США и Чешской республики впервые сумели зарегистрировать еле заметную, но теоретически очень важную силу негравитационного происхождения, действующую на все небесные тела в Солнечной системе. Для этого пришлось с помощью гигантского космического радара в течение многих лет производить чрезвычайно тонкие измерения орбитального пути одного из околоземных астероидов.
Институт передовых концепций NASA объявил о начале первой фазы отбора предложений по развитию исследований космоса. Выступая посредником между космическим агентством и людьми, готовыми предложить революционные концепции, которые могли бы кардинальным образом изменить подход NASA к космическим исследованиям, сотрудники института выбрали 12 проектов, претендующих на то, чтобы значительно расширить границы изученного космоса.
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
Это антивещество в принципе может образовываться за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например, в ходе радиоактивного распада изотопа алюминия. Его "подпись" известна как аннигиляционная "линия 511 кэВ". Однако оказалось, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества - оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Вселенная может иметь форму не какого-нибудь там шара или додекаэдра, а... рожка или горна. Точнее говоря весь наш космос вытянут в этакую длинную трубку, с узким концом с одной стороны и "раструбом" с другой. Такая "конструкция" нашей Вселенной кроме всего прочего подразумевает, что она конечна, а в каких-то ее местах встречаются области, где можно увидеть собственный затылок.
Узнать, на самом ли деле действие принципа неопределенности распространяется на макроскопические объекты, было основной целью американских экспериментаторов. Они изучали движения вибрирующего механического манипулятора, изготовленного из нитрида кремния. Размер изучаемого объекта в эксперименте не превышал 8 мкм - то есть "рука" была совсем крошечной по обыденным масштабам, однако все еще оставалась макроскопическим объектом. Мы находимся в начале новой экспериментальной эры, когда взаимодействие между двумя полностью квантовыми системами может быть изучено экспериментально, что вполне может быть названо квантовой электромеханикой.
Современные теории, которые призваны объединить эйнштейновскую относительность с квантовой механикой и тем самым решить одну из сверхзадач всей современной физики, привели к шокирующему предсказанию: фундаментальные константы не только могут, но даже обязаны изменяться в пространстве и времени. Однако теперь с помощью исследования спектров отдаленных квазаров удалось наложить строгие ограничения на возможные вариации во времени одной из важнейших физических констант - постоянной тонкой структуры.
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Недавно в ходе точных измерений параметров монокристалла кремния с помощью рентгеновских лучей было получено новое значение для числа Авогадро. Эта работа проходила в рамках международной программы, направленной на пересмотр эталона килограмма. Килограмм решено определить в терминах атомных и фундаментальных констант, как и все остальные системные единицы. Тем более, что нынешний материальный эталон килограмма, от которого в конечном счете зависит точность измерений во всем мире, постепенно испаряется и теряет массу.
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.
Новый эксперимент швейцарских физиков, поставленный для уточнения значения гравитационной постоянной G, прибавил весомости довольно спорной теории, согласно которой на силу гравитации оказывает влияние магнитное поле Земли.
Известный популяризатор науки и специалист по черным дырам Стивен Хокинг на пару с Кипом Торном, по всей видимости, проспорил Джону Прескиллу полное собрание томов Британской энциклопедии. В 1997 году эти три космолога заключили между собой ставшее вскоре широко известным пари относительно того, исчезает или нет информация, поглощаемая черными дырами вместе с материальными носителями, то есть меняется ли вообще внутреннее состояние черной дыры в зависимости от конкретных характеристик частиц, которые ею поглощены.
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
Гигантская черная дыра в галактике RXJ1242-11, что расположена на расстоянии в миллиард световых лет от Земли, была поймана "на месте преступления" - в тот момент, когда она откусила "бочок" у звезды, похожей на наше Солнце, словно это был какой-нибудь межзвездный гамбургер. Такое явление, по словам астрономов, удалось пронаблюдать впервые. Это укрепило ученых во мнении, что черные дыры на протяжении всего времени существования Вселенной то и дело подобным образом пожирают звезды, и это может быть основным способом увеличения их массы.
На этой выразительной фотографии, полученной с помощью космического телескопа "Хаббл", запечатлена пыльная спиральная галактика, которая, вращаясь, проходит через другую большую яркую галактику NGC 1275. Рентгеновское и радиоизлучение с большой вероятностью указывают на наличие черной дыры в центре этой яркой галактики. NGC 1275 находится от нас на расстоянии примерно 235 млн световых лет в созвездии Персея.
Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру. "Пинок", который эта система получает в момент столкновения, может даже выбить получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.
Периодические вспышки в инфракрасном диапазоне в районе этой черной дыры являются свидетельством ее вращения, а новые данные таким образом "возвещают новую эру наблюдательной физики черной дыры и проверки истинности общей теории относительности".
Обнаруженный в глубоком космосе сверхмощный кратковременный выброс энергии, о котором удалось быстро оповестить 33 обсерватории во всем мире, позволил не только получить надежное свидетельство в пользу теории происхождения черных дыр в результате звездных взрывов, но и провести самые детальные на сегодняшний момент наблюдения таинственных явлений, получивших название GRB (всплеск гамма-излучения).
Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.
Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.
Бразильский физик решил задачку, "подброшенную" релятивистской теорией, так называемый "парадокс субмарины". Для разбора этого "парадокса" пришлось использовать Общую теорию относительности и включить в решение эффект искривляющих пространство гравитационных сил, получив своеобразный модифицированный релятивистский закон Архимеда.
Американские физики провели серию экспериментов, которые впервые позволили наносить по одному атому на единственную многоатомную молекулу. Дальнейшие исследования в этой области обещают значительно расширить возможности электронных технологий близкого будущего. Стандартными строительными блоками следующих поколений электронных приборов, по всей вероятности, станут отдельные крупные молекулы, а их придется легировать с помощью абсолютно новых технологий.
Новости по теме
