Рябь в пространстве-времени может показать, когда началось время
Распространение гравитационных волн через материю может выявить рябь в пространстве-времени, порожденную Большим взрывом.
Два плазменных физика использовали распространение электромагнитных волн через плазму как аналог гравитационных волн, разработав набор уравнений, описывающих, что искать, когда гравитационные волны распространяются сквозь звезды и газ в глубинах космоса.
Эти признаки могут выявить неуловимые гравитационные волны, которые распространяются в космосе за пределами нашей ограниченной способности обнаруживать 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 Прина. ceton University.
Гравитационные волны, возникшие в результате столкновения двух черных дыр звездной массы, впервые были обнаружены людьми в 2015 году на расстоянии 1,4 миллиарда световых лет. Впервые предсказанные Эйнштейном, гравитационные волны похожи на рябь в пруду: само пространство-время растягивается и сжимается из-за гравитационного разрушения, вызванного массовым событием.
Поэтому прибор, обнаруживший эти волны, не Это не телескоп, а прецизионная система лазеров и зеркал, реагирующая на искривление пространства-времени и создающая 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 просто — вне досягаемости. Но Гарг и его коллега, физик Илья Додин из Принстонской лаборатории физики плазмы, в ходе своих исследований в области плазменного синтеза поняли, что может существовать другой способ увидеть эти скрытые в настоящее время волны.
Плазменный синтез когда-нибудь сможет это сделать. быть альтернативным и чистым источником энергии для питания мира, но для этого еще предстоит пройти долгий путь. 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 то, как гравитационные волны движутся в материи.
«Мы фактически задействовали технику плазменных волн для работы над проблемой гравитационных волн», — объясняет Гарг.
Согласно работе пары, распространение гравитационных волн через материю должно производить различимый 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 может стать новым мощным инструментом в этой области астрономии. Работа команды может также оказаться полезной в гравитационно-волновых событиях, которые мы можем обнаружить: слияниях черных дыр звездной массы и нейтронных звезд.
Другими словами, пара, похоже, идентифицировала то, что может оказаться многофункциональный и незаменимый новый способ понять космос. Следующим шагом, по их словам, будет использование его для анализа некоторых фактических 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».
Исследование опубликовано в Журнал космологии и физики астрочастиц.
