|
Новые способы обнаружения гравитационных волн
|
|
|
|
Астрофизик из Университета Колорадо в Боулдере Джереми Дарлинг (Jeremy Darling) исследует новый способ измерения гравитационно—волнового фона Вселенной - постоянного потока волн, которые пронизывают космос, искажая саму ткань пространства и времени.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Astrophysical Journal Letters, может однажды помочь раскрыть некоторые из глубочайших тайн Вселенной, включая то, как гравитация работает на самом фундаментальном уровне.
|
|
|
|
"Мы можем многому научиться, получив эти точные измерения гравитационных волн", - сказал Дарлинг, профессор кафедры астрофизики и планетологии. "Различные проявления гравитации могут привести к появлению множества различных видов гравитационных волн".
|
|
|
|
Чтобы понять, как работают такие волны, полезно представить Землю в виде маленького буя, качающегося в штормовом океане.
|
|
|
|
Дарлинг объяснил, что на протяжении всей истории Вселенной бесчисленные сверхмассивные черные дыры участвовали в изменчивом танце: эти чудовища вращались друг вокруг друга все быстрее и быстрее, пока не столкнулись. Ученые подозревают, что возникающие в результате столкновения волны настолько сильны, что они буквально создают рябь, которая распространяется по Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Этот фоновый шум постоянно распространяется над нашей планетой, хотя вы никогда об этом не узнаете. Те виды гравитационных волн, которые Дарлинг стремится измерить, как правило, очень медленны и проходят мимо нашей планеты в течение многих лет или десятилетий.
|
|
|
|
В 2023 году команда ученых, входящих в коллаборацию NANOGrav, добилась успеха, измерив этот объем космических волн. Группа зафиксировала, как фон гравитационных волн Вселенной растягивал и сжимал пространство-время, влияя на свет, приходящий на Землю от небесных объектов, известных как пульсары, которые действуют чем-то вроде космических часов.
|
|
|
|
Но эти подробные измерения показали, что гравитационные волны движутся только в одном направлении — подобно волнам, текущим прямо к береговой линии и от нее. Дарлинг, напротив, хочет увидеть, как гравитационные волны также движутся из стороны в сторону, вверх и вниз по сравнению с Землей.
|
|
|
|
В своем последнем исследовании астрофизик получил помощь от другого класса небесных объектов: квазаров, или необычайно ярких, сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. Дарлинг ищет сигналы от гравитационных волн, точно измеряя, как квазары движутся в небе по сравнению друг с другом. Он пока не обнаружил эти сигналы, но это может измениться по мере поступления дополнительных данных.
|
|
|
|
"Гравитационные волны действуют в трех измерениях", - сказал Дарлинг. "Они растягивают и сжимают пространство-время вдоль линии нашего обзора, но они также заставляют объекты двигаться взад и вперед по небу".
|
|
Движущиеся галактики
|
|
|
|
Исследование направлено на решение общеизвестно сложной задачи изучения движения небесных объектов - области, известной как астрометрия.
|
|
|
|
Дарлинг объяснил, что квазары находятся на расстоянии миллионов световых лет или более от Земли. Поскольку свечение от этих объектов приближается к Земле, оно не обязательно распространяется по прямой линии. Вместо этого проходящие гравитационные волны будут отклонять этот свет, почти как бейсбольный питчер, бросающий мяч по кривой.
|
|
|
|
Эти квазары на самом деле не движутся в космосе, но с Земли может показаться, что они движутся — своего рода космическое колебание, происходящее вокруг нас.
|
|
|
|
"Если бы вы прожили миллионы лет и смогли понаблюдать за этими невероятно малозаметными движениями, вы бы увидели, как эти квазары раскачиваются взад-вперед", - сказал Дарлинг.
|
|
|
|
По крайней мере, такова теория. На практике ученые изо всех сил пытались наблюдать эти колебания. Отчасти это объясняется тем, что эти движения трудно наблюдать, поскольку требуется точность, в 10 раз превышающая ту, которая требуется для наблюдения с Земли за ростом человеческого ногтя на Луне. Но наша планета также движется в космосе.
|
|
|
|
Наша планета вращается вокруг Солнца со скоростью примерно 67 000 миль в час, а само солнце несется в космосе со скоростью 850 000 миль в час.
|
|
|
|
Другими словами, для обнаружения сигнала от гравитационных волн требуется отделить собственное движение Земли от видимого движения квазаров. Чтобы начать этот процесс, Дарлинг использовал данные со спутника Европейского космического агентства Gaia. С момента запуска Gaia в 2013 году ее научная команда опубликовала результаты наблюдений более миллиона квазаров примерно за три года.
|
|
|
|
Дарлинг провел эти наблюдения, разделил квазары на пары, а затем тщательно измерил, как эти пары движутся относительно друг друга.
|
|
|
|
Его результаты пока недостаточно детальны, чтобы доказать, что гравитационные волны заставляют квазары колебаться. Но, по словам Дарлинга, это важный поиск — например, разгадка физики гравитационных волн может помочь ученым понять, как развиваются галактики в нашей Вселенной, и помочь им проверить фундаментальные предположения о гравитации.
|
|
|
|
Астрофизик мог бы вскоре получить некоторую помощь в этом деле. В 2026 году команда Gaia планирует опубликовать результаты наблюдений квазара за последние пять с половиной лет, предоставив новый массив данных, которые, возможно, раскроют секреты гравитационно-волнового фона Вселенной.
|
|
|
|
"Если мы сможем увидеть миллионы квазаров, то, возможно, сможем найти эти сигналы, спрятанные в этом очень большом наборе данных", - сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
