Сегодня в мире есть как минимум два детектора гравитационных волн — LIGO и Virgo. Как они работают и как, вообще, можно следить за событиями, которые нельзя почувствовать никакими органами чувств?
«Как минимум два» — это слишком приблизительно. Так LIGO это уже два американских интерферометра в штатах Вашингтон и Луизиана. Каждый имеет по два перпендикулярных четырёхкилометровых канала. Virgo — франко-итальянский деректор где-то недалеко от Пизы. Это один детектор, тоже с двумя перпендикулярными каналами, но покороче — 3км. Еще был GEO600 в германии, но он совсем короткий, и от него было мало толку. И в 2020 году к ним добавился еще японский детектор KARGA. Он отличается от предшественников, его чувствительность хуже в тех частях спектра, где сильны остальные, но зато он чувствительнее к другим событиям. Так что все они друг друга дополняют, и хорошо, если они работают все вместе.
Линейные колебания пространства при прохождении гравволн фантастически мало. Часть пространства длиной в полтора десятка километров укорачивается и удлинятеся на расстояния сравнимое с размерами атомного ядра. Никакая линейка не обеспечит такую точность. Например, при измерении расстояния до Луны с помощью лазера погрешность составляет целые гигантские миллиметры. Такой метод не подходит.
Гравитационные телескопы используют интерференцию. Луч лазера в них расщепляется и часть его направляется в фотодетекторы, а другая с помощью зеркал отправляется в длинные коридоры, затем возвращается зеркалами обратно, и тоже отправляется в фотодетекторы. Луч прошедший много километров от зеркала до зеркала и луч отщепленный раньше смешиваясь дают интерференционную картину. Если длина коридоров меняется, то меняться будет и эта интерференционная картина.
Для простоты можно вспомнить, как выглядит муар на тюлевых занавесках. Если ветер шевелит занавески, то замысловатая полосатая картина тоже приходит в движение. (Конечно, это очень приблизительная аналогия.)
Далее, измеряя это «шевеление» интерференционной картины, а затем очищая эти измерения от шумов, а также сопоставляя измерения разных гравволновых телескопов с измерениями и наблюдениями в электромагнитном спектре (в т.ч. в оптическом диапазоне), вычисляют, что это было за событие. Слияние ли это двух чёрных дыр, или нейтронных звёзд; какой массы были эти объекты, и т.д.
То что гравитационно-волновые телескопы ориентированы в разных направлениях позволяет вычислить по задержке и амплитуде направление с которого пришёл фронт волны.