ш 3
z
X
О
522
На рис, 2 показаны оценки амплитуд гравнтац. излучения от осн. астрофиз. источников.
Проблема обнаружения (детектирования) Г. в. Мощность гравитац. излучения, к-рая может быть создана в лабораторных условиях генератором Г. в. даже при значительной его массе, весьма невелика. Напр., согласно расч╦там, при собств. колебаниях кварцевого бруса объ╦мом в неск. м3 с макс, амплитудой, ограниченной проделом прочности кварца, генерируемая мощность Г. в. составит лишь ~ Ю~20 Вт. Осн. причина низкой эффективности преобразования меха-нич. энергии в энергию Г. в. состоит в малости гравитац. постоянной, к-рая входит как в ур-ния Эйнштейна, так и в закон всемирного тяготения Ньютона. Невелики и достижимые в экспериментах с макроскопич. телами ускорения (т. к. при больших ускорениях тела разрушаются). Если же использовать в качестве источников Г. в. микрообъекты ≈ сгустки электронов или ионов, то выигрыш в величине ускорения компенси-
10
-12 Ш
10
1(f
ю*
Рис. 2. По оси абсцисс отложена харак- Ю терная частота гравитационной волны, в Гц, а по оси ординат≈е╦ безразмерная амплитуда. 1 ≈ самые оптимистические шишки всплесков, 2 ≈ фоновое гравитационное излучение, плотность энергии ID которого достаточна, чтобы сделать Вселенную закрытой; щ I ≈ свгрхновые в нашей Галактике, // ≈ всплески гравитационного излучения, til ≈ периодическое гравитационное излучение.
стоянии 3 Мпс лежит в пределах (3≈1).К)-19 (при длительности всплеска ~ 10-*≈10~3 с). Более реа-листич. оценка для того же случая: Я^10~21 (выбор оценки зависит от неизвестной степени асимметрии взрыва сверхновой; см. рис. 2),
Наиболее перспективными считают два типа наземных гравитац. антенн. В первом типе вместо относит. смещений двух пробных масс регистрируют низкочастотные механич. колебания массивного цилиндра длиной ~1 ≈ 3 м, вызванные Г. в. Во втором типе используются две свободные массы, разнес╦нные на расстояние ~103≈104 м, и лазерный интерферометр для регистрации малых изменений этого расстояния (ДП под действием Г. в. При ориентации на оптимистич. прогноз чувствительность датчиков для первого типа антенн должна быть не хуже Д^ (2≈3)-Ю-17 см, а для второго типа ≈ не хуже Д/ж(2≈3) -10~14 см. Криогенные СВЧ-датчики малых колебаний для первого типа и лазерные датчики для второго типа, обладающие такой чувствительностью, уже созданы,
Тепловые колебания вызывают помехи при╦му Г. в. Наим. обнаружимая амплитуда вариации метрики h в классич. приближении для антенн первого типа может быть оценена из слод. ф-лы:
("∙класс/мин
7^' V So' V Т-* (22)
10
-24
ID
-26
10" 10' I ИГ" ИГ
руотся малостью массы и полная мощность Г. в. н в этом случае оказывается весьма незначительной. Поэтому именно на астрофиз. источники рассчитаны наземные лабораторные гравитац. антенны, работающие или создаваемые более чем в 20 лабораториях разных стран. Обнаружение на Земле всплесков гравитац. излучения от этих источников означало бы одновременно и появление качественно нового канала астрофиз. информации. В одной галактике можно ожидать одну астрофиз. катастрофу, сопровождающуюся значит, всплеском гравитац. излучения, примерно раз в 20≈30 лет (с такой частотой в ср. происходят взрывы сверхновых в одной галактике). Поэтому, чтобы ориентироваться па регистрацию одного всплеска гравитац. излучения в месяц, необходимо иметь достаточно чувствительные наземные гравитац. антенны, способные обнаружить всплеск в любой из галактик, находящихся па расстоянии до 3 Мпк (в сфере с таким радиусом находятся ок. 300 галактик).
Гравитац. антенной может быть любая пара пробных масс (тел) или протяж╦нное тело и чувствит. устройство, регистрирующее малые относит, смещения масс или вызывающие их силы. Всплеск гравитац. излучения, распространяющийся со скоростью света, нес╦т изменение свойств (кривизны) пространства, воздействующее на пробные тела. Амплитуда возмущений гравитац. поля, вызванных Г. в., убывает обратно пропорционально расстоянию от источника (излучателя). При расстоянии между двумя свободными пробными телами I вариации этого расстояния, вызванные всплеском Г. в. с амплитудой h~h+~hx, по порядку величины равны Д/RjJfc. Оптимистич. оценка для величины h в Солнечной системе в случае взрыва сверхновой на рас-
где v ≈ скорость звука, Т ≈ абс. темп-pa, m ≈ масса цилиндра, Q ≈ добротность выбранной моды колебании, т ≈ время усреднения, тгр ≈ длительность пм-пульса гравитац. излучения. В совр. антеннах первого типа при использовании масс порядка неск. т из алюминия или десятка кг из лейкосапфира или монокристал-
_ лич. кремния достигнута величина т
, --Ю13 г.
При Г=2 К и т«тгр эти антенны имеют, т, о., потенц. чувствительность (^класс)~Ю~20- Реально достигнутый уровень чувствительности несколько хуже, /t«(3≈1)х
хю-».
В антеннах второго типа оси. помехой являются сейсмнч. возмущения, к-рые могут быть устранены антисойсмич. фильтрами. Можно ожидать, что в ближайшие годы неск. антенн будут синхронно (в режиме совпадений) регистрировать возможные редкие всплески Г. в. с амплитудой kzzi -10~19.
Следует отметить, что привед╦нный выше продел для ^класс имеет кваитовомеханич. ограничение. Если использовать непрерывную систему регистрации координаты, то
/
гр
Отказ от непрерывной системы регистрации координаты позволяет в принципе обнаруживать вариации метрики меньше, чем(йксант)стандарт. Теория таких измерений, называемых квантовыми неразрушающими, измерениями^ детально разработана.
В 70-х гг. было получено косв. подтверждение существования Г. в. Долголетние наблюдения за двойной звездой, один компонент к-рой ≈ пульсар PSR 1913-J-16, а другой, по-видимому, также нейтронная звезда, показали, что период обращения, компонентов вокруг общего центра масс монотонно сокращается. Это сокращение периода означает сближение компонентов, к-рое, возможно, вызвано потерей энергии на Г. в. Числ. оценки изменения периода, вызываемого Г. в., удовлетворительно согласуются с известными данными о вращении тесной пары нейтронных зв╦зд.
Лит.: Л а н д а у Л, Д., Л и ф ш и ц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д Теория тяготения и эволюция зв╦зд, М., 1971; Б р а г и н-с к и И В. Б., М а н у к и н А. Б., Измерение малых сил в физических экспериментах, М., 1974; МизнерЧ*. ТорнК., Уилер Дж., Граиитацпя, пер. с англ., т. 1≈3, М., 1977' ВайебергДж., Т е и л о р д ж., ФаулсрЛ., Гравитационные волны от пульсара в двойной системе, пер. с англ . «УФН», 1982, т. 137, с. 707.
Б. Б. Брагинский, А. Г. Полнар╦в.
")
}
