Физика

Гравитационные волны оставляют заметный след, говорят физики

Визуализация суперкомпьютерной симуляции сливающихся черных дыр, испускающих гравитационные волны. Предоставлено: NASA / C. Хенз

Гравитационные волны, впервые обнаруженные в 2016 году, открывают новое окно во Вселенную и могут рассказать нам обо всем, начиная с момента, следующего за Большим взрывом, и заканчивая более поздними событиями в галактических центрах.

И хотя детектор лазерной гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), работающий за миллиард долларов, круглосуточно наблюдает за прохождением гравитационных волн через Землю, новое исследование показывает, что эти волны оставляют после себя множество «воспоминаний», которые могут помочь обнаружить их даже после того, как они мы прошли.

«То, что гравитационные волны могут оставлять постоянные изменения в детекторе после прохождения гравитационных волн, является одним из довольно необычных предсказаний общей теории относительности», - сказал кандидат в доктора Александр Грант, ведущий автор книги «Стойкие гравитационные волны, наблюдаемые: общие рамки», опубликованной в апреле. 26 в физическом обозрении D.

Физикам давно известно, что гравитационные волны оставляют память на частицах вдоль их пути, и идентифицировали пять таких воспоминаний. Исследователи теперь обнаружили еще три последствия прохождения гравитационной волны, «наблюдаемые постоянные гравитационные волны», которые могли бы когда-нибудь помочь идентифицировать волны, проходящие через вселенную.

По словам Гранта, каждая новая наблюдаемая предоставляет различные способы подтверждения теории общей теории относительности и дает представление о внутренних свойствах гравитационных волн.

Эти свойства, по словам исследователей, могут помочь извлечь информацию из космического микроволнового фона - излучения, оставшегося после Большого взрыва.

«Мы не ожидали богатства и разнообразия того, что можно наблюдать», - сказала Эна Фланаган, профессор Эдварда Л. Николса и кафедра физики и профессор астрономии.

Это компьютерное моделирование показывает столкновение двух черных дыр, чрезвычайно мощное событие, впервые обнаруженное Обсерваторией гравитационных волн лазерного интерферометра, которая обнаружила гравитационные волны, когда черные дыры вращались навстречу друг другу, сталкивались и сливались. Это моделирование показывает, как бы выглядело слияния, если бы человечество каким-то образом могло путешествовать для более внимательного изучения. Он был создан в рамках проекта SXS (Simulation eXtreme Spacetimes), основанного в Корнелле.

«Что меня удивило в этом исследовании, так это то, как разные идеи иногда были неожиданно связаны», - сказал Грант. «Мы рассмотрели большое разнообразие различных наблюдаемых и обнаружили, что для того, чтобы часто знать об одном, нужно понимать другое».

Исследователи определили три наблюдаемые, которые показывают влияние гравитационных волн в плоской области в пространстве-времени, которая испытывает всплеск гравитационных волн, после чего она снова возвращается в плоскую область. Первое наблюдаемое «отклонение кривой» - это то, насколько два ускоряющихся наблюдателя отделяются друг от друга, по сравнению с тем, как наблюдатели с одинаковыми ускорениями будут отделяться друг от друга в плоском пространстве, не нарушенном гравитационной волной.

Вторая наблюдаемая «голономия» получается путем переноса информации о линейном и угловом моментах частицы вдоль двух разных кривых через гравитационные волны и сравнения двух разных результатов.

Третий взгляд на то, как гравитационные волны влияют на относительное смещение двух частиц, когда одна из частиц имеет собственный спин.

Каждая из этих наблюдаемых определяется исследователями способом, который может быть измерен детектором. Процедуры обнаружения отклонения кривой и вращающихся частиц «относительно просты для выполнения», - писали исследователи, требуя только «средства измерения разделения и для наблюдателей, чтобы отслеживать их соответствующие ускорения».

По их словам, обнаружение наблюдаемой голономии будет более трудным, «требуя, чтобы два наблюдателя измерили локальную кривизну пространства-времени (возможно, с помощью самих маленьких детекторов гравитационных волн)». По словам исследователей, учитывая размеры, необходимые LIGO для обнаружения даже одной гравитационной волны, способность обнаруживать наблюдаемые голономии недоступна современной науке.

«Но мы уже видели много захватывающих вещей с гравитационными волнами, и мы увидим намного больше. Есть даже планы разместить детектор гравитационных волн в космосе, который будет чувствителен к источникам, отличным от LIGO», - сказал Фланаган.

Читайте Новая Наука в
Back to top button