Техника - молодёжи 2005-02, страница 30

Рис 1. Схема с лазерным интерферометром (стоячая волна между зеркалами интерферометра): S -космический источник гравитационных волн; 1 - источник света (лазер); 2 - приемник света (фотодиод); 3, 4 - полупрозрачные зеркала, образующие резонатор интерферометра; 5 - усилитель переменной компоненты тока приемника света, в которой может содержаться информация о гравитационной волне. Если интерферометр расположен в космосе, то зеркала в позиции 4 должны быть закреплены на массивных космических аппаратах. Среднее расстояние между зеркалами должно быть постоянно.

Автоматика, которая обеспечивает постоянство расстояния, на схеме не изображена

Рис 2. Схема приема с бегущей радиоволной (радиоволна и гравитационная волна распространяются в одном направлении со скоростью света): S -космический источник гравитационных волн; 1 - космический аппарат с радиопередатчиком; 2 - космический аппарат с приемной аппаратурой. Длина трассы - расстояние между передатчиком и приемником - может достигать 100 млн км. Радиоволны разной поляризации излучаются одновременно, гравитационная волна вносит фазовый сдвиг между ними.

Аппаратура обработки сигналов, накопления для выделения слабого сигнала и передачи сигналов на Землю на схемах не изображена

«Звезды и физика», в которой подробно рассказано, как все данные были получены из наблюдений.

Звезда испускает две струи водорода - джеты - в противоположных направлениях. Самое удивительное то, что водород состоит из электрически нейтральных атомов и, кроме того, газ холодный - температура менее 2 эВ, а энергия направленного движения -50 МэВ (в 25 миллионов раз больше!). Скорость направленного движения примерно одна треть скорости света. Каким образом нейтральный газ мог ускориться и при этом не нагреться? Такое могут сделать только переменные во времени гравитационные поля. Изложу свою модель.

Звезда SS433 первоначально была двойная, состояла из обычной звезды и более массивной быстро вращающейся. Массивная звезда быстрее расходует свои запасы ядерного топлива, и поэтому раньше произошел ее коллапс. В силу сохранения вращательного момента после коллапса должна образоваться тесная двойная система. Поэтому рассмотрим тесную двойную систему из двух звезд, которые обращаются по орбитам вокруг общего центра тяжести. В общем случае орбиты эллиптические. Потенциал гравитационного поля в центре тяжести, создаваемой звез

дами на орбите, зависит от времени: когда звезды находятся близко, потенциальная яма глубже. Вдоль линии, проходящей через центр тяжести и перпендикулярной к плоскости орбиты, потенциал имеет минимум, а в плоскости орбиты - максимум. Если частица материи движется по перпендикуляру и падает в глубокую яму, а выходит из мелкой ямы, то она приобретает энергию. При отклонении от перпендикуляра, частица уходит в сторону и рано или поздно падает на одну из звезд. Поэтому струи узкие. Такой вариант механизма ускорения нейтральной материи нагляден и допускает математическое моделирование с усреднением по начальным условиям падающей частицы, во всяком случае, для малых скоростей компонент двойной системы. Зная энергию направленного движения, можно, в принципе, получить информацию о параметрах двойной системы.

Основное возражение против модели состояло в следующем: чтобы получить скорость, равную трети скорости света, яма должна быть глубокая - компоненты двойной звезды должны подходить близко друг к другу, как черная дыра!

Если рассматриваемая модель верна, то вещество в джетах состоит

из ряда сгустков, временное расстояние между которыми равно периоду обращения. И эту временную периодичность можно попытаться обнаружить в оптическом излучении. Однако сгустки вещества в джетах имеют разброс по скоростям. Это приводит к тому, что глубина модуляции интенсивности оптического излучения может быть небольшой. Измерения можно выполнить с помощью методов телевизионной астрономии. К примеру, измерения модуляции излучения дадут интересную информацию и в том случае, если генерация джетов связана другим, неизвестным нам, механизмом.

Источником вещества для джетов является сама звезда. Перекачка вещества от одной звезды к другой в двойных системах хорошо известна. При этом только небольшая часть вещества образует джеты, основная доля вещества падает на звезды двойной системы, перенося импульс и выделяя энергию

Таким образом, об излучающей гравитационные волны системе типа SS433 еще до начала измерений гравитационных волн может быть известно много:

- ее положение на небе и расстояние до Земли;

- масса звезд системы порядка солнечной;

- ориентация плоскости орбиты, которая перпендикулярна джетам и определяет поляризацию гравитационной волны;

- размеры орбиты, которые могут быть вычислены при математическом моделировании процесса ускорения;

- частота, форма и фаза гравитационной волны, которые можно определить из измерений зависимости оптического излучения от времени.

Сравнение вычисленного прогноза и реального сигнала может быть интересно. Измерения формы и спектра гравитационных волн могут дать информацию о решении задачи двух тел в случае сильных гравитационных полей и больших скоростей, такое решение сегодня неизвестно. Найти решение очень сложно в силу принципиальных затруднений. Так что охота на этого «зверя» даст и ценную информацию.

Аппаратура для охоты на гравитационные волны требует длинных трасс распространения радиоволн и поэтому должна размещаться в далеком космосе. Далекий космос требует применения новой техники, которая позволила бы удешевить конкретные проекты. Однако создание техники обходится дорого. И я не думаю, что такие работы будут финансироваться только ради научных задач. Поэтому измерения можно начать только после того, как дальний космос будет широко использоваться для удовлетворения актуальных практических потребностей человечества. _п

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 2' 2 0 0 5

28