Загадки космоса: что гравитационные волны могут рассказать нам о Вселенной
Вселенная скрывает много тайн, и гравитационные волны могут стать одним из лучших инструментов, чтобы их раскрыть
Если традиционная астрономия телескопов подобна наблюдению космоса, то гравитационно-волновая астрономия сродни его прослушиванию. Открытие этих рябей в пространстве-времени фактически дало астрономам новое чувство.
Менее чем через пять лет после обнаружения десятков гравитационных волн, ученые начинают понимать, что им предстоит найти ответы на еще большее количество вопросов. Эти волны дают нам богатую картину самых экзотических объектов Вселенной, показывают нам новые подробности того, как умирают звезды, и объясняют давние тайны черных дыр. Более того, мы, похоже, находимся на пороге обнаружения совершенно нового вида гравитационных волн, которые могли бы помочь исследовать явления в первые мгновения после Большого взрыва.
Что гравитационные волны рассказали ученым
Не так давно исследователи NANOGrav объявили об анализе почти 13 лет данных для 45 пульсаров. В нем они увидели намеки на сигнал, который мог быть фоном. Ученые еще не смогли получить достаточно хорошее разрешение сигнала, чтобы быть уверенными, но с тех пор команда NANOGrav объединила свои данные с данными двух аналогичных временных массивов пульсаров в Европе и Австралии, чтобы сформировать Международное сотрудничество временных массивов пульсаров. Уже в январе 2022 года ученые объявили, что в объединенном наборе данных сигнал остался на месте. Астрономы предполагают, что этот сигнал может быть следом вращающихся вокруг друг друга сверхмассивных черных дыр.
Даже если это действительно так, невозможно будет сделать какие-либо выводы об отдельных сверхмассивных черных дырах. Вместо этого астрономам пришлось бы создавать компьютерные модели Вселенной, каждая из которых имела бы различную популяцию гигантских черных дыр и различную скорость слияния, и наблюдать, какой гравитационный фоновый сигнал при этом получается. Сравнивая модели и реальные данные, мы сможем многое узнать о типах черных дыр в космосе.
Самая захватывающая перспектива была бы, если бы компьютерные модели не соответствовали бы реальным данным. Это может означать, что астрономы будут вынуждены признать источником сигнала другой тип черных дыр, неизвестный сегодня.
Загадки темной материи и Большого взрыва
В некоторых интерпретациях Большого взрыва флуктуации плотности пространства в первые секунды существования Вселенной могли породить крошечные черные дыры. Далеко не ясно, существовали ли эти так называемые первичные черные дыры или существуют ли они до сих пор. Но если это так, то они смогут дать элегантное решение нескольких проблем космологии. Самое привлекательное, что они могут позволить решить загадку темной материи, над которой так долго бьются астрономы.
По словам исследователей, гравитационно-волновой фон может дать нам первые конкретные доказательства существования первичных черных дыр. Однако сначала ученые должны однозначно обнаружить фоновый сигнал. С этой целью команда проекта NANOGrav анализирует данные почти 60 пульсаров. Это должно точно сказать нам, видим ли мы фон гравитационных волн. Но, вероятнее всего, это будет только начало долгой и кропотливой работы астрономов.