Будущий детектор гравитационных волн в космосе может раскрыть тайны Вселенной

Новое исследование показало, что предстоящее обнаружение гравитационных волн из космоса сможет найти новые фундаментальные поля и потенциально пролить новый свет на непонятные аспекты Вселенной.

Международная команда показала беспрецедентную точность, с которой наблюдение гравитационных волн с помощью космического интерферометра LISA (Космическая антенна лазерного интерферометра) сможет обнаруживать новые фундаментальные поля.

Исследование было опубликовано в Nature Astronomy.

В новом исследовании ученые предполагают, что LISA, космический детектор гравитационных волн, который, как ожидается, будет запущен Европейским космическим агентством в 2037 году, откроет новые возможности для исследования Вселенной.

«Новые фундаментальные поля, в частности скалярные, были предложены в разных сценариях: как объяснение темной материи (новости о темной материи - https://ostannipodii.com/ru/st/temnaya_materiya/), как причина ускоренного расширения Вселенной или низкоэнергетические проявления последовательного и полного описания гравитации и элементарных частиц. Теперь мы показали, что LISA предложит беспрецедентные возможности в обнаружении скалярных полей, и это открывает отличные возможности для тестирования этих сценариев», – пояснил профессор Томас Сотириу, директор Ноттингемского центра гравитации.

Наблюдение астрофизических объектов со слабыми гравитационными полями и малой кривизной пространства-времени пока не предоставили доказательств наличия таких полей. Однако есть основания ожидать, что отклонения от общей теории относительности или взаимодействия между гравитацией и новыми полями будут заметны при больших кривизнах. По этой причине обнаружение гравитационных волн, открывшее новое окно в режим гравитации сильного поля, представляет собой уникальную возможность обнаружить эти поля.

Инспиралы с экстремальным соотношением масс (EMRI), в которых компактный объект звездной массы или черная дыра, или нейтронная звезда, инспирируется в черную дыру в миллионы раз больше массы Солнца, находятся среди целевых источников LISA и обеспечивает золотую арену для исследования режима гравитации сильного поля. Меньшее тело выполняет десятки тысяч орбитальных циклов, прежде чем погрузиться в сверхмассивную черную дыру, и это приводит к длинным сигналам, которые могут позволить нам обнаружить даже малейшие отклонения от предсказаний теории Эйнштейна и стандартной модели физики элементарных частиц.

Исследователи разработали новый подход к моделированию сигнала и впервые провели строгую оценку способности LISA выявлять существование скалярных полей в сочетании с гравитационным взаимодействием, а также измерять, сколько скалярного поля несет небольшое тело EMRI. Примечательно, что этот подход теоретико-агностический, поскольку не зависит ни от происхождения самого заряда, ни от природы маленького тела. Анализ также показывает, что такое измерение можно отразить на четких границах теоретических параметров, отмечающих отклонения от общей теории относительности или стандартной модели.

LISA будет посвящена обнаружению гравитационных волн от астрофизических источников, будет работать в созвездии из трех спутников, вращающихся вокруг Солнца на расстоянии миллионов километров друг от друга. LISA будет наблюдать излучаемые на низких частотах гравитационные волны в диапазоне, недоступном для наземных интерферометров из-за шума окружающей среды. Видимый спектр для LISA позволит изучать новые семейства астрофизических источников, отличные от наблюдаемых Virgo и LIGO, как EMRI, что откроет новое окно в эволюцию компактных объектов в большом разнообразии сред нашей Вселенной.