Предсказан эффект памяти гравитационных волн: как взрывы сверхновых расскажут о прошлом Вселенной?

А вы знали, что Вселенная не только полна света, но и «звучит»? И речь не о звуках в привычном понимании, а о гравитационных волнах — ряби в пространстве-времени, предсказанной самим Эйнштейном. Эти волны, словно эхо самых мощных событий во Вселенной, несут в себе не только информацию о прошлом, но и, возможно, «память» о том, как оно менялось.

Именно об эффекте гравитационной волновой памяти, — пожалуй, одном из самых загадочных предсказаний общей теории относительности, — пойдет речь. Представьте себе, что гравитационная волна, проходя сквозь пространство, не только вызывает временное искажение, но и оставляет после себя «след» — постоянное изменение расстояния между объектами. Это и есть гравитационная волновая память, которую ученые так стремятся поймать.

Сверхновые: громкие «симфонии» Вселенной

Но где искать эти волны с памятью? Одним из многообещающих источников являются сверхновые — гигантские взрывы, завершающие жизнь массивных звезд. Представьте себе: звезда, исчерпав запасы топлива, коллапсирует под собственной тяжестью, что приводит к ошеломительному взрыву, выбрасывающему вещество в окружающее пространство. Энергетические катаклизмы, известные как сверхновые с коллапсирующим ядром (CCSN), происходящие при финальном взрыве массивных звезд, считаются потенциальными источниками гравитационных волн, способными возмущать ткань пространства-времени.

Проблема в том, что уловить эти сигналы — задача не из легких. В сравнении с гравитационными волнами от слияний черных дыр, CCSN-сигналы отличаются меньшей величиной колебаний (амплитудой) и более низким количеством колебаний в секунду (частотой). Это, как если бы мы пытались услышать шепот на фоне громкого концерта. Да еще и «длится» этот шепот очень короткое время. Но есть одно «но».

Тайны низких частот: память в деталях

И вот тут на сцену выходит гравитационная волновая память. В диапазоне частот, не превышающих 10 герц, гравитационные волны от CCSN начинают вести себя иначе, приобретая специфическую, ни с чем не сравнимую черту. Несимметричное движение материи и несферическое излучение нейтрино во время коллапса ядра создают условия для того, чтобы гравитационная волна, помимо колебаний, несла в себе постоянную компоненту — так называемую «память». Представьте это как некую «недосказанность» после «музыкального» взрыва — волна ушла, а мир чуть-чуть, да изменился.

Интересно, что гравитационные волны «выходят» из самых недр звезды, в отличие от электромагнитного излучения, которое, образно говоря, «поверхностное». Это значит, что, «услышав» гравитационные волны, мы сможем «увидеть» то, что скрыто внутри сверхновых и получить уникальную информацию о механизмах этих взрывов.

Как услышать память Вселенной?

Но как же обнаружить столь слабый сигнал? Существующие гравитационные обсерватории, включая LIGO, в основном нацелены на обнаружение высокочастотных волн, что ограничивает их возможности по фиксации эффекта памяти. Что же делать? К счастью, на помощь приходят компьютерные модели и новые поколения детекторов. Исследователи используют мощные компьютеры, чтобы смоделировать процессы в недрах сверхновых и предсказать, какими будут гравитационно-волновые сигналы. Моделирование выявляет, что характеристики «следа» памяти обладают достаточной регулярностью, что позволяет конструировать фильтры, способные отсеивать помехи и обнаруживать нужный сигнал.

Обнадеживающие результаты: недавние исследования показали, что «память» гравитационных волн, испускаемых CCSN с массой примерно в 25 раз больше Солнца, может быть зарегистрирована даже на расстоянии в 30 000 световых лет, используя уже имеющиеся в нашем распоряжении интерферометры. Иными словами, мы на пороге новой эры в изучении космоса.

Перспективы: что дальше?

Обнаружение гравитационной волновой памяти откроет новые горизонты для астрофизики. Мы не только сможем лучше понять механизмы взрывов сверхновых, но и, возможно, узнаем больше о свойствах пространства-времени и самых загадочных законах Вселенной.

Это как если бы, кроме привычного «зрения», мы получили еще один — «гравитационный» — способ восприятия космоса. Теперь мы можем не только видеть свет далеких звезд, но и «слышать» их гравитационное эхо, улавливая даже самые слабые «звуки» космической памяти. А ведь впереди еще много исследований. От применения этого метода к другим космическим событиям до разработки нового поколения детекторов, способных улавливать еще более слабые сигналы. Звучит многообещающе, не правда ли?