Астрономія
Астрономія

Астрономи запропонували новий метод фіксації первісних гравітаційних хвиль

Дослідники знайшли новий метод одночасного виділення первісних гравітаційних хвиль і таких сигналів від астрофізичного переднього плану, що походять, наприклад, від зіткнень бінарних систем. Їхні результати опубліковані у журналі Physical Review Letters.

Mary Calvo / flickr

Mary Calvo / flickr

Що таке первісні гравітаційні хвилі?

Гравітаційні хвилі — це збурення простору-часу. Такі сигнали, що поширюються від бінарних систем компактних об’єктів, як-от чорні діри чи нейтронні зірки, виявляються за допомогою LIGO та інших детекторів. Але первісні гравітаційні хвилі на кілька порядків слабші, тож їхня реєстрація лишається одним із найамбітніших завдань астрономії. Загалом, існує два сценарії зародження первісних гравітаційних хвиль: сценарії інфляції та сценарії фазового переходу. Згідно з першим, фон гравітаційних хвиль утворився після Великого вибуху за рахунок посилення вакуумних флуктуацій. Густина енергії таких хвиль дозволить зафіксувати їх за допомогою лише найпотужніших детекторів. Можливість фіксації сучасними детекторами залежить від фізики інфляції — стадії швидкого розширення Всесвіту, про яку відомо замало. Окрім того, спричинити первісні гравітаційні хвилі могли фазові переходи у ранньому Всесвіті. Фіксація первісних гравітаційних хвиль у цьому випадку дозволить дослідити фізику раннього Всесвіту на енергетичних масштабах, недоступних колайдерам.

Як їх намагаються реєструвати?

Астрономи намагалися відшукати первісні гравітаційні хвилі за допомогою реліктового випромінювання, яке фіксується у мікрохвильовій частині спектра. Вчені вважають, що первісні гравітаційні хвилі мали лишити у ньому сліди. Ще один спосіб — виявити астрофізичний передній план, тобто будь-які сигнали гравітаційних хвиль, що походять від астрофізичних джерел, наприклад, зіткнення чорних дір чи нейтронних зірок. Прибравши цей фон, дослідники можуть отримати оцінку слабших, неастрофізичних гравітаційних сигналів, які можуть походити від первісних хвиль. Але астрофізичний передній план містить також сигнали від віддалених бінарних систем, які важкі для оцінки.

Що зробили дослідники?

Астрономи представили новий метод, в якому первісний фон гравітаційних хвиль і астрофізичний передній план таких сигналів вимірюються одночасно. Зокрема, астрофізичний передній план включає сигнали від визначених та невизначених бінарних систем. Таким чином, цей метод є універсальним. Команда намагалася проаналізувати кожен сигнал серед цих даних. Вважається, що первісні гравітаційні хвилі пронизують Всесвіт у вигляді дифузного, стійкого шуму, який повинен виглядати однаково, тож їх можна знайти, порівнюючи сигнали двох детекторів.

Дослідники випробували новий метод, спершу змоделювавши 400 секунд даних гравітаційних хвиль, перемішавши сигнали від астрофізичних джерел та первісних хвиль. Потім вони розділили ці дані на сегменти по 4 секунди і застосували свій метод до кожного з них, щоб перевірити, чи зможуть вони точно визначити походження цих хвиль. Проаналізувавши кожен сегмент протягом багатьох циклів моделювання та за різних початкових умов, вони змогли вилучити сигнали від первісних гравітаційних хвиль.

Дослідники вважають, що чутливі детектори наступного покоління зможуть використовувати цей метод.

фазові переходи
Перехід речовини з однієї термодинамічної фази до іншої під впливом змін зовнішнього середовища: твердої, рідкої, газоподібної, плазми