Астрофизики из Принстонского университета разработали математическую модель распространения гравитационных волн сквозь вещество Вселенной. Ученые считают, что предложенные методы позволят зарегистрировать искажение гравитационных волн материей и увидеть состояние Вселенной в момент Большого взрыва.
Исследователи из Принстонского университета показали, что можно увидеть состояние космоса сразу после Большого взрыва, если проанализировать, как возникшие в момент рождения мира гравитационные волны текут через звезды, галактики и межгалактический газ.
«Мы не можем видеть раннюю Вселенную напрямую, но мы сможем исследовать ее косвенно, если посмотрим, как гравитационные волны, возникшие сразу после Большого взрыва, повлияли на материю и излучение, которые мы видим сегодня», — говорит Дипен Гарг, ведущий автор работы, посвященной искажению гравитационных волн наблюдаемой материей.
Гарг и его соавтор Илья Додин работают в области термоядерного синтеза. Ученые исследуют процессы распространения электромагнитных волн через высокотемпературную плазму в термоядерных установках, например, в токамаках. В новой работе физики применили разработанную ими математику для исследования гравитационных волн.
Оказывается, что процесс распространения электромагнитного излучения сквозь плазму во многом подобен распространению гравитационных волн через вещество. «По сути, мы задействовали технику плазменных волн для решения проблемы гравитационных волн», — говорит Гарг.
Как увидеть начало мира
Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Их характеристики напрямую следуют из Общей Теории Относительности. Гравитационные волны представляют собой возмущения пространства-времени, вызванные движением очень массивных объектов. Они возникают, например, при слиянии нейтронных звезд или сверхмассивных черных дыр. Гравитационные волны - это очень слабое излучение, поэтому они долго были неуловимы. Но наблюдательная техника развивалась, и они были обнаружены в 2015 году гравитационно-волновой обсерваторией LIGO с помощью детекторов в штатах Вашингтон и Луизиана.
Гарг и Додин разработали математические методы, которые могут привести к активному развитию гравитационной астрономии: когда волны проходят сквозь вещество, например, сквозь звезду, характеристики гравитационных волн меняются в зависимости от плотности этой звезды. Можно проанализировать полученное излучение и обнаружить свойства звезды, находящейся за миллионы световых лет от нас.
Наблюдение гравитационных волн может приблизить астрофизиков вплотную к моменту Большого взрыва, к самым первым секундам (или долям секунды) существования нашей Вселенной. Для этого ученые предполагают использовать так называемые реликтовые гравитационные волны. Реликтовое (или микроволновое) тепловое излучение возникло через 380 000 лет после Большого взрыва. Подойти ближе к рождению Вселенной, наблюдая только электромагнитные волны, по-видимому, нельзя. А реликтовое гравитационное излучение возникло прямо в момент Большого взрыва. И в принципе может о нем рассказать.
Методы, разработанные физиками из Пристонского университета, приближают нас к наблюдению Большого взрыва.