Распространение гравитационных волн через материю может выявить рябь в пространстве-времени, порожденную Большим взрывом.
Два плазменных физика использовали распространение электромагнитных волн через плазму в качестве аналога гравитационных волн, разработав набор уравнений, описывающих, что нужно искать, когда гравитационные волны распространяются через звезды и газ в глубинах космоса.
Эти признаки могут выявить неуловимые гравитационные волны, которые путешествуют в космосе за пределами нашей ограниченной способности обнаружить их — гигантские низкочастотные волны, генерируемые столкновением сверхмассивных черных дыр , меньший гул, генерируемый вращающимися вокруг двойных белых карликов, и колоссальный звон расширения Вселенной, всего через доли секунды после Большого Взрыва.
«Мы не можем видеть раннюю Вселенную напрямую, но, возможно, мы сможем увидеть ее косвенно, если посмотрим, как гравитационные волны того времени повлияли на материю и излучение, которые мы можем наблюдать сегодня», — говорит физик Дипен Гарг из Принстонского университета.
Гравитационные волны, возникшие в результате столкновения двух черных дыр звездной массы, были впервые обнаружены людьми в 2015 году на расстоянии 1,4 миллиарда световых лет. Впервые предсказанные Эйнштейном, гравитационные волны подобны ряби в пруду: само пространство-время растягивается и сжимается из-за гравитационного разрушения, вызванного массовым событием.
Таким образом, прибор, обнаруживший эти волны, был не телескопом, а прецизионным массивом лазеров и зеркал, реагирующим на искривление пространства-времени, создавая узор, который ученые могут расшифровать, чтобы определить характеристики источника гравитационных волн. Но технология ограничена: в настоящее время мы можем регистрировать гравитационные волны только в режиме столкновения звездной массы с черной дырой и нейтронной звездой.
Другие источники гравитационных волн многочисленны, но в настоящее время — и, возможно, только что — вне досягаемости. Но Гарг и его коллега, физик Илья Додин из Принстонской лаборатории физики плазмы, в ходе своих исследований в области синтеза плазмы поняли, что может существовать другой способ увидеть эти скрытые в настоящее время волны.
Плазменный синтез однажды может стать альтернативным и чистым источником энергии для питания всего мира, но до этого еще далеко. Одна вещь, которая нужна ученым, — это подробная модель, описывающая то, как электромагнитные волны распространяются через плазму. И оказывается, что это должно быть очень похоже на движение гравитационных волн в материи.
«По сути, мы задействовали технику плазменных волн для решения проблемы гравитационных волн », — объясняет Гарг .
Согласно работе пары, распространение гравитационных волн через материю должно производить обнаруживаемый сигнал — например, изменения в свете, излучаемом звездами, или огромные облака газа в пространстве между звездами.
Это может не только выявить гравитационные волны, которые в настоящее время находятся за пределами наших возможностей обнаружения, но и дать ученым новый инструмент для изучения звезд. Например, характеристики светового сигнала, генерируемого гравитационными волнами в звездах, могут меняться в зависимости от внутренней структуры и плотности звезды.
Поскольку внутренние махинации звезд довольно трудно увидеть, гравитационные волны могут стать новым мощным инструментом в этой области астрономии. Работа команды может также оказаться полезной в гравитационно-волновых событиях, которые мы можем обнаружить: слияния черных дыр звездной массы и нейтронных звезд.
Другими словами, пара, похоже, определила то, что может оказаться многофункциональным и незаменимым новым способом понимания космоса. Следующим шагом, по их словам, будет использование его для анализа реальных данных.
«Я думал, что это будет небольшой шестимесячный проект для аспиранта, который будет включать в себя решение чего-то простого», — говорит Додин . «Но как только мы начали углубляться в тему, мы поняли, что очень мало что поняли о проблеме, и мы могли бы провести здесь некоторые очень базовые теоретические работы».
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен