Недавно ученые возобновили работу Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) после нескольких лет, посвященных модернизации ее оборудования. LIGO теперь должен быть еще более чувствителен к гравитационным волнам - эху катаклизмов, происходящих на расстоянии многих световых лет. До сих пор LIGO обнаруживал гравитационные волны только от двойных источников — в частности, от столкновения двух массивных объектов. Новая работа исследователей из Северо-Западного университета предполагает, что обсерватория теперь может обнаружить волны, исходящие от отдельных объектов. И, основываясь на их выводах, мы должны искать гравитационные волны вокруг умирающих звезд.
Гравитационные волны были предсказаны Эйнштейном за несколько десятилетий до того, как LIGO наконец их обнаружила. Согласно общей теории относительности, масса и энергия искажают ткань вселенной, создавая гравитацию. Когда большие объекты движутся, они создают рябь, которая распространяется наружу и может быть обнаружена достаточно точным критерием. Гравитационные волны вызывают крошечные изменения в расстоянии между объектами, поэтому ученые построили установки LIGO в Вашингтоне и Луизиане, со временем добавив к ним дополнительные установки в Италии (VIGO) и вскоре в Японии (KAGRA). LIGO представляет собой два туннеля длиной 4 км с лазерами, отражающимися от зеркал на дальнем конце. Если у двух лазеров разное время возврата, это указывает на то, что через объект прошла гравитационная волна.
Обсерватория LIGO
Известно, что LIGO ничего не обнаружил, когда он был впервые запущен — потребовалось 10 лет кропотливой работы и большая модернизация, чтобы обнаружить первые волны в 2015 году. Все эти волны возникают от столкновения массивных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды. Ученые верили, что есть быть способ обнаруживать волны от отдельных источников, но было неясно, достаточно ли точен обновленный LIGO.
По мнению астрономов, нам следует искать источники волн в обломках умирающих звезд. Новое исследование опиралось на новые, более точные модели звездного коллапса. Первоначально команда искала доказательства того, что аккреционный диск материала, вращающийся вокруг черной дыры, может создавать обнаруживаемые гравитационные волны. Однако постоянно появлялось что-то еще, что мешало расчетам.
«Сначала я пытался игнорировать это. Но в ходе работы выяснил, что это невозможно. Затем я понял, что кокон материала возле черной дыры - это уникальный источник гравитационных волн», — сказал ведущий автор Оре Готлиб из Northwestern.
В предсмертной агонии большие звезды могут создавать мощные струи частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Эти струи сталкиваются с разрушающимися слоями структуры звезды, образуя турбулентный кокон. Согласно симуляции, этот энергетический пузырь расширяется и раскачивает пространство-время настолько, что создает обнаруживаемые гравитационные волны.
Готлиб считает, что эти коконы — лучший кандидат для волн с одним источником. Астрономы также пытались обнаружить волны от сверхновых и гамма-всплесков, но обе волны низкочастотные и симметричные. LIGO лучше обнаруживает волны от асимметричных высокочастотных событий. Моделирование показывает, что волны, исходящие из кокона умирающей звезды, должны находиться в правильном частотном диапазоне для LIGO. Если это произойдет, то это будет новая эра в изучении гравитационных волн, которая может ускорить реализацию планов по созданию космических детекторов.