Как найти внегалактические планеты
За последние три десятилетия ученые подтвердили существование почти 4200 миров за пределами Солнечной системы Земли. Астрономы обнаружили их, анализируя свет родительских звезд. Но данный метод применим не везде. Точнее, его можно использовать только в пределах галактики. Обнаружить свет внегалактических миров нелегко, учитывая огромные расстояния, а также облака пыли между ними и Землей.
Теперь исследователи предполагают, что внегалактические планеты можно обнаружить не с помощью света, а благодаря гравитационным волнам. Альберт Эйнштейн впервые предсказал существование гравитационных волн в 1916 году. Согласно его общей теории относительности, гравитация является результатом того, как масса искривляет пространство и время. Когда два или более объекта движутся в гравитационном поле, они создают гравитационные волны, которые движутся со скоростью света, растягивая и сжимая пространство-время на своем пути.
Важно отметить, что облака пыли, которые блокируют свет, обычно не препятствуют прохождению гравитационных волн, которые, впрочем, все равно трудно обнаружить — они очень слабые.
В 2015 году, после десятилетий работы, ученые обнаружили первое прямое свидетельство существования гравитационных волн с помощью лазерной интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO). Она оснащена двумя детекторами. Один расположен в Хэнфорде (штат Вашингтон, США), а другой — в Ливингстоне (штат Луизиана, США). Каждый детектор имеет форму гигантской буквы L длина каждой линии которой составляет около четырех километров. Когда гравитационные волны проходят сквозь Землю, одна «нога» детектора растягивается, а другая сжимается примерно на одну десятитысячную диаметра протона. Поскольку детекторы LIGO находятся на расстоянии около 3000 километров друг от друга, гравитационная волна «летит» от одного детектора к другому порядка 10 миллисекунд. Ученые могут использовать эту разницу во времени, чтобы определить, откуда пришла та или иная гравитационная волна.
По мере появления все новых детекторов гравитационных волн (например, детектор Virgo недалеко от Пизы в Италии, который был запущен в 2017 году) исследователи смогут точнее определять источники гравитационных волн.
Все существующие и планируемые к строительству гравитационно-волновые обсерватории чувствительны к длинам волн около 100 км, которые испускают нейтронные звезды и черные дыры. Однако ученым давно требуются космические обсерватории гравитационных волн с детекторами, разделенными гораздо большими расстояниями, благодаря чему они обнаруживали бы более длинные волны.
Одна из космических обсерваторий гравитационных волн сегодня разрабатывается Европейским космическим агентством. Это космическая антенна с лазерным интерферометром (LISA), запуск которой запланирован на 2034 год. LISA будет состоять из трех спутников, находящихся на орбите вокруг Солнца за пределами орбиты Земли. Внутри каждого спутника будет находится куб в свободном падении — тревожить его смогут только гравитационные волны.
Расстояние между спутниками будет составлять миллионы километров и LISA сможет обнаруживать гравитационные волны длиною около 30 миллионов километров, которые появляются в результате слияния сверхмассивных черных дыр.
Ученые также подсчитали, что LISA сможет обнаруживать гравитационные волны, исходящие от десятков тысяч белых карликов размером с Землю. LISA и другие космические обсерватории гравитационных волн смогут обнаруживать гигантские экзопланеты, вращающиеся вокруг двойных белых карликов внутри нашей галактики. Теперь расчеты показали, что LISA сможет также обнаруживать планетные системы за пределами Млечного пути.
