На вторую годовщину обнаружения гравитационных волн физики объявили что почти уверены в обнаружении гравитационных волн
В четверг на этой неделе вышла научная статья, подтверждающая обнаружение космического низкочастотного «гудения» гравитационных волн.
Откуда идет этот гул?
В наблюдаемой нами Вселенной, как минимум 100 миллиардов галактик. Предполагается, что в центре каждой достаточно массивной из них находится черная дыра. Галактики часто сталкиваются друг с другом в своем молчаливом беге в сторону гигантских центров притяжений. И тут их молчание нарушается.
Сталкиваясь черные дыры в центрах галактик начинают быстро вращаться вокруг другу друга, создавая волны пространства вокруг. А когда они окончательно сольются, гравитационная «рябь» побежит по пространству во все стороны.
Галактик много, столкновений много, а значит сквозь нас должны постоянно проходить гравитационные волны из множества источников. Воздействие этих волн на наблюдения астрономических объектов и назвали гравитационным гулом.
Как обнаруживают гравитационный гул Вселенной?
Нейтронные звезды, которые быстро вращаются испускают в направлении оси вращения яркие потоки излучения — джеты. Ось вращения тоже поворачивается и мы то видим джет, направленный на нас, то его не видим. Такие объекты называют пульсарами и у них довольно стабильная частота пульсаций от 1 до 100 раз в секунду. Обнаружения нарушений в цикле пульсаций, не связанных с атмосферой Земли и другими паразитными явлениями в астрономии, может быть свидетельством воздействия гравитационного гула.
По одному пульсару было бы трудно что-то сказать, тем более что частота колебаний пространства — наногерцы, то есть с периодом в 31,7 лет. Поэтому ученые 15 лет наблюдали за 115 пульсарами и получили более менее точные подтверждения гравитационного гула для 67 из них. Правда, для утверждения научного факта неопределенность измерения все еще велика. Измерения будут уточнены в ближайшем будущем.
Это революция в физике?
Гравитационные волны перым предсказал Анри Пуанкаре в 1905 году, а в 1915 году они стали предсказанием теории общей относительности — самой хорошо подтвержденной теории на данный момент. Через 106 лет — 29 июня 2021 года гравитационные волны были обнаружены экспериментально при помощи лазерного интерферометра LIGO (научная статья). Забавно, что ровно через два года 29 июня 2023 года опубликована статья и организована пресс-конференция на тему обнаружения гравитационного гула Вселенной.
Открытие стоящее, но неожиданным его не назвать. Вот если бы не было найдено никаких следов гравитационного искривления пространства в сигналах пульсаров, это бы заставило физиков основательно задуматься. Возможно, о смене профессии.
Может быть это не черные дыры?
Есть и другие кандидаты на источники гравитационного гула, кроме черных дыр в центрах галактик.
Фазовый переход
Ранняя вселенная была очень горячей, но быстро остывала и в какой-то момент произошел фазовый переход — свойства пространства сильно изменились. Изменения привели к неравномерности, что могло создать гравитационный гул.
Космические струны
В результате фазового перехода могли образоваться космические струны — складки пространства-времени, которые дожили до наших дней. Они так же могут давать гравитационные артефакты. Существование этого гипотетического объекта раньше и пытались подтвердить сбором данных, которые сейчас представили как открытие гравитационного гула.
Другие артефакты большого взрыва
От ранней вселенной тоже могут исходить гравитационные волны. Гравитация ничем не экранируется, для нее любая материя прозрачна, в том числе и непрозрачная оптически ранняя вселенная. Заглянуть в промежутки времени, куда не позволяет смотреть электромагнитное излучение — давняя мечта физиков.
Что если открытие относится к другим объектам?
Честно говоря, любые альтернативные источники гравитационного гула интереснее основных предполагаемых. Мы довольно много знаем о черных дырах, даже сделали фотографии двух из них. А вот про раннюю вселенную и космические струны не знаем практически ничего. Если другие кандидаты на пространственное гудение обойдут главных — так будет еще лучше.
Из чего состоит гравитационная волна?
Из ничего. Пространство — не физический объект, а математический формализм, обслуживающий движение планет и прочую крупномасштабную физику. С оговоркой на то что вакуум не пустой в квантовом смысле, гравитационные волны — это колебания пустого места.
Когда гравитация воспринималась как сила притяжения, было возможно объяснить ее свойства частицами — гравитонами. Пусть они не найдены и не входят ни в какую теорию частиц на данный момент, но так спокойнее, когда самую могучую силу вселенной переносит материальный объект. А вот концепцию искривления некого идеального четырехмерного мира, следствием которого является наш мир, частицы не могут объяснить.
Впрочем, физика давно перешагнула порог абстракции, приняла и еще более странные вещие как должное. Мы вступаем в эру когда тряска гарантированного ничего говорит нам больше о мире вокруг, чем данные о материальном. Победил абстрактный мир, а не пластмассовый. И это хорошо.
