Звезды дрожат

Антарктический телескоп BICEP2. Фото: Steffen Richter / AP

Астрономы предлагают искать гравитационные волны в дальнем космосе

Александр Телишев

23 сентября, 2014 16:37

7 мин

Американские астрофизики выяснили, что неуловимые гравитационные волны, о существовании которых ученые спорят с марта текущего года, должны взаимодействовать с далекими звездами и заставлять их «дрожать», что должно проявляться в периодических изменениях их яркости и спектра излучения. Новая методика поиска гравитационных волн была представлена в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, о ее сути кратко рассказывает пресс-служба Королевского астрономического сообщества Великобритании.

По словам авторов открытия, обнаружить подобное дрожание несложно, для этого достаточно проследить за изменениями яркости нескольких светил на протяжении всего лишь пары дней, что открывает дорогу для поиска гравитационных волн при помощи существующих сегодня орбитальных и наземных телескопов. Открытие и изучение подобных звездных гравитационных волн, как считают ученые, поможет уточнить неясные моменты в истории открытия гравитационных волн антарктическим телескопом BICEP2. В ее правдоподобности сомневаются многие физики и астрономы.

Подобная идея пришла на ум Барри Маккернану из Городского университета Нью-Йорка и нескольким его коллегам-астрофизикам, когда они перепроверяли справедливость выкладок общей теории относительности Эйнштейна, предсказавшего еще в 1916 году существование гравитационных волн.

Такие волны, как предсказывает ОТО, представляют собой особые колебания пространства-времени, которые испускает любая материя, движущаяся с ускорением. Чем выше ускорение и масса объекта, тем заметнее и «выше» должны быть гравитационные волны. Потенциальные источники этих волн, в число которых входят пары нейтронных звезд, черных дыр или белых карликов, расположены так далеко от Земли, что исходящие от них волны почти невозможно зафиксировать, они сливаются с общим гравитационным фоном.

Сегодня следы гравитационных волн от черных дыр и прочих массивных объектов ученые пытаются искать на Земле при помощи специальных лазерных детекторов-интерферометров, таких как американский LIGO, итало-французский Virgo и немецкий GEO600. Другой, более масштабный класс аппаратов, таких как упомянутая выше обсерватория BICEP2 и ее космический коллега Planck, были заняты поиском гравитационных волн, представляющих собой «эхо» Большого взрыва. Все эти приборы пока не смогли предоставить однозначного свидетельства существования гравитационных волн и изучить их свойства.

Маккернан и его коллеги предлагают перенести поиски гравитационных волн с Земли в далекий космос, в окрестности ядер сливающихся галактик. Авторы статьи заметили, что большая часть энергии, выделяющейся при слиянии двух сверхмассивных черных дыр, находящихся в центре таких «звездных мегаполисов», будет выделяться в виде мощных гравитационных волн. Эти волны, как выяснили ученые, будут взаимодействовать с близлежащими к центру галактик светилами.

«Вы можете представить себе звезды в качестве своеобразных клавиш на ксилофоне — у всех есть своя частота, на которой они вибрируют. Сначала нам казалось, что если неподалеку от этого космического "инструмента" сливается две черных дыры, то порождаемые этим процессом гравитационные волны будут бить только по одной клавише этого ксилофона в один момент времени», — объясняет Саавик Форд из Института теоретической физики Кавли в Нью-Йорке.

Гравитационные волны, порождаемые при вращении двух черных дыр вокруг друг друга. Изображение: NASA

Как объясняют ученые, иногда частота пульсаций в звездах и вибраций гравитационных волн может совпадать. В таких случаях светило начнет поглощать часть энергии, которую несут «эйнштейновские волны», и запасать ее в своих недрах. Благодаря этому звезда начнет «дрожать» и нагреваться, и повышение температуры в недрах светила приведет к схожему увеличению в яркости и к изменениям в структуре его спектра. Кроме того, поглощенная энергия заставит звезду раздуться и сбросить часть внешних оболочек в том случае, если она находится достаточно близко к черным дырам, которые поглотят эту материю и выбросят часть из нее в виде яркой вспышки-джета.

«Это похоже на то, как струна гитары или любого другого музыкального инструмента, вибрирующая определенным образом, усиливает свое звучание в тот момент, когда вы ударяете по ней с той же силой и частотой, как и в предыдущий раз. То же самое происходит и с гравитационными волнами и звездами», — добавляет Маккернан.

Астрофизики объясняют, что сам этот факт достаточно сложно использовать для поиска колебаний пространства-времени, так как флуктуации в яркости светила, возникающие в результате различных внутренних процессов в их недрах, будет сложно отличить от последствий поглощения гравитационных волн. Здесь на помощь ученым еще раз пришла теория относительности, подсказавшая им, что следы «эйнштейновских волн» можно найти во время наблюдений не за одной, а сразу несколькими звездами.

«Но на самом деле ситуация сложнее. Черные дыры постепенно распадаются по мере сближения друг с другом, из-за чего частота колебаний у их гравитационных волн будет меняться, и звездный ксилофон начнет играть мелодию из нескольких нот. Поэтому вы, скорее всего, сначала увидите, как внезапно вспыхивают большие звезды, а потом средние, малые звезды и, наконец, светила-карлики», — продолжает Форд.

Используя этот эффект, авторы статьи в ближайшее время планируют начать поиски следов гравитационных волн в дрожании далеких звезд, расположенных в центрах сливающихся галактик. Для этого можно использовать уже существующие на сегодня орбитальные и наземные радиотелескопы. Кроме того, авторы статьи предлагают и другой вариант для поиска колебаний пространства-времени, который станет возможным после запуска пока не существующих космических «охотников», таких как проект LISA, который НАСА и ЕКА совместно разрабатывали с 2001 по 2011 год.

Подобные зонды, напрямую наблюдающие за гравитационными волнами, смогут проследить за любопытным эффектом — уменьшением силы этих колебаний пространства-времени в результате их частичного поглощения Солнцем и другими близлежащими светилами. По оценкам Маккернана и его коллег, если LISA и другим зондам удастся стать свидетелем подобного события, то гравитационные волны могут быть обнаружены в первые десять лет после их запуска.

Тем не менее больше надежд они возлагают на поиск следов гравитационных волн в окрестностях сливающихся черных дыр, где их действие на светила гораздо сильнее, чем в каких-либо других точках Вселенной. Следы поглощения «эйнштейновской волны» таким светилом будут заметны уже через 11 дней, что делает изучение подобных звезд крайне привлекательным делом для астрофизиков, заключают авторы статьи.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе