Международная команда учёных из коллаборации The NANOGrav сообщила о важнейшем открытии со времён обнаружения гравитационных волн — было подтверждено существование гравитационно-волнового фона во Вселенной. Может показаться, что эта новость не такая уж и интересная. Однако открытие подтверждает целый ряд чрезвычайно важных теорий, которые описывают Вселенную: от теории относительности до теории Большого взрыв. Но и это ещё не всё! Никоторые гипотетические космологические источники гравитационно-волнового фона могут позволить человечеству «нащупать» т. н. новую физику и даже навсегда изменить свои представления о Вселенной!
Иллюстративное изображение.
О первом обнаружении гравитационно-волнового фона 28 июня сообщила (статья 1, статья 2, статья 3, статья 4) группа учёных из стран Европы США, Китая, Австралии, Новой Зеландии, Турции, Израиля, Пуэрто-Рико и Индии. В чём же суть открытия?
До сих пор гравитационные волны наблюдались только от слияний обычных чёрных дыр, произошедших относительно недалеко (по меркам Вселенной, конечно же) от Земли. Это достаточно нечастое явление, при котором образуются волны искривления пространства. Они настолько слабые, что их фиксируют только специальные детекторы, такие как LIGO и VIRGO. Это лазерно-интерферометрические гравитационно-волновые обсерватории, где обнаружение происходит благодаря искривлению многокилометрового лазерного луча волнами. Полученная информация обрабатывается компьютерами по специальным алгоритмам, способным отделить шум от настоящих волн.
Но предполагается, что гравитационные волны должны проходить сквозь нашу планету постоянно. Слияния чёрных дыр — события редкие, но во Вселенной их очень много. Более слабые гравитационные волны могут порождать пары нейтронных звёзд, пары типа чёрная дыра — звезда, некоторые сверхновые и пр. Это астрофизические источники, но могут существовать и космологические: скалярные поля и фазовые переходы в ранней Вселенной, некоторые процессы во время её инфляции и даже космические струны (если они существуют, а теория струн верна). Все гравитационные волны от этих событий формируют гравитационно-волновой фон. Проблема лишь в том, он чрезвычайно слабый и обнаружить его даже по тому, как отклоняется лазерный луч на дистанции в километры, невозможно. И именно это до сих пор мешало открытию этих колебаний. Но, может, есть другие способы? Да, и одним из них воспользовались учёные!
В космосе есть источники излучения, которые значительно лучше подходят для того, чтобы увидеть даже такие небольшие колебания пространства. Речь идёт о миллисекундных пульсарах — нейтронных звёздах, вращающихся настолько быстро, что их полюса, из которых вырываются потоки излучения, оказываются повёрнутыми к Земле раз в несколько миллисекунд. И этот период остаётся практически неизменным на протяжении очень длительного времени. Излучение от них идёт до Земли тысячи, миллионы и даже миллиарды лет, поэтому гравитационно-волновой фон может достаточно повлиять на него, чтоб изменения могли заметить приборы.
Исследователи использовали данные, полученные за 15 лет со следующих радиообсерваторий: ныне разрушенная обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико, обсерватория Грин Бэнк в Западной Вирджинии, Очень большой массив Карла Г. Янского в Нью-Мексико и Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода. Затем специалисты вычислили разницу между фактическим и прогнозируемым временем прибытия импульсов, которую они смогли оценить с точностью до 1 микросекунды. После чего были выявлены и отсеяны отклонения в сигналах, вызванные газом, пылью и иными объектами во Вселенной. В результате выявлены только те отклонения, что вызваны гравитационно-волновым фоном. Их наличие и есть подтверждение существования данного явления.
Из описания видно, что открытие далось множеству учёных со всего мира лишь благодаря долгой и сложной работе, и это, без сомнений, выдающийся труд, достойный величайших похвал. Да, само по себе обнаружение гравитационно-волнового фона не даёт разгадки на многие тайны Вселенной, но создаёт важную почву для новых открытий и позволяет нам ещё лучше понять Вселенную.
