Рождение новой астрономии — ученые смогли обнаружить фон гравитационных волн

Если за последние несколько дней вы внимательно следили за физикой и астрономией, то наверняка заметили, как многие специализированные научные журналы разрывались от новостей. И причиной такого ажиотажа было то, что ученые из Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (НАНОГрав) официально сделали первые обнаружения фона гравитационных волн.

Они сделали первые обнаружения…чего? Справедливый вопрос. Без глубокого понимания темы невозможно осознать всю масштабность открытия. Мы давно знаем о гравитационных волнах. Гравитационные волны, впервые обнаруженные в 2015 году лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией, или LIGO, представляют собой физическую рябь в пространстве-времени, вызванную движением объектов с массой в пространстве, и они являются одним из наших лучших потенциальных окон в такие тайны, как темная материя и сверхмассивные черные дыры, которые мы не можем увидеть более "традиционными" средствами наблюдения за космосом.

До сих пор нам удавалось обнаруживать гравитационные волны только тогда, когда они были на самой короткой длине волны, прямо перед и во время слияния объектов, создающих эти волны. По мере того, как два массивных объекта вращаются все ближе и ближе в преддверии слияния, они начинают вращаться все быстрее и быстрее. И по мере того, как они вращаются быстрее, излучаемые ими гравитационные волны также увеличивают частоту (вибрируют быстрее) и сокращают длину волны.

Но мы хотим иметь возможность обнаруживать и остальные длины волн. Одна длина волны гравитационной волны может растянуться на световые годы в длину, и мы просто еще не смогли их уловить. Мы не обнаружили большую часть гравитационных волн, а те большие и длинные волны, которые исходят от любого источника гравитационных волн, не совсем готового к слиянию, должны быть повсюду.

Как увидеть этот скрытый мир? Для этого нужен невероятно большой детектор. ОГРОМНЫЙ, если быть точным. Учитывая, что ни один искусственный детектор не может быть достаточно большим, ученые обратились к звездам. В частности, они решили использовать пульсары, тип нейтронных звезд, которые вращаются невероятно быстро. Это вращение в основном заставляет звезды вести себя как маяки и создает вспышки света, которые достигают Земли с постоянными интервалами.

И исследователи смогли использовать эту согласованность в своих интересах. Команда ученых взяла 67 пульсаров, похожих на метрономы, и фактически превратила их в галактический телескоп  Команда внимательно следила за тем, как часто они направляли лучи маяка в нашу сторону. Затем ученые продолжили наблюдения. В течение 15 лет.

Их поиски увенчались успехом. Ключевым компонентом был свет. Он распространяется в пространстве с конечной скоростью. Вспышки пульсара на определенном расстоянии от Земли всегда будут поражать Землю через одинаковые промежутки времени, потому что свету всегда требуется одинаковое количество времени, чтобы пройти оттуда сюда. Но если внезапно, скажем, между пульсаром и Землей станет больше места, свету потребуется больше времени, чтобы добраться оттуда сюда, и "метроном" будет сбит. Обнаружив изменения в частоте пульсаций, ученые, внезапно, открыли для себя невероятно "шумную" и живую вселенную.

Мало того, что фон есть, он сильнее, чем кто-либо ожидал. Есть несколько потенциальных причин такого чрезмерного "объема". Во-первых, может быть гораздо больше сливающихся черных дыр, чем мы думали. С другой стороны, Теория струн предполагает, что в пространстве-времени могут существовать деформации, называемые "космическими струнами", создающими волны. Если вы верите в Большой отскок, а не в Большой взрыв, волны могут исходить и от него. И всегда есть шанс, что пульсары не самый надежный научный инструмент.

В любом случае, обнаружение фона гравитационных волн откроет перед учеными совершенно новую область исследований, позволяющую исследовать самые большие загадки нашей Вселенной, от нейтронных звезд до образования галактик. Это может даже — если нам повезет так, как полагают исследователи, — позволить нам исследовать совершенно новую физику и заполнить некоторые пробелы в Стандартной модели.