Гравитационные волны оставляют наблюдаемые следы во Вселенной

Гравитационные волны — это «пульсации» в пространстве-времени, вызванные одними из самых сильных и энергичных процессов во Вселенной. Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 году в своей общей теории относительности. Новое исследование показывает, что эти волны оставляют после себя множество «воспоминаний», которые могут помочь обнаружить их даже после того, как они прошли.

«То, что гравитационные волны могут оставлять постоянные изменения в детекторе после прохождения гравитационных волн, является одним из довольно необычных предсказаний общей теории относительности», — сказал Александр Грант, профессор физики Корнелльского университета.

Физикам давно известно, что гравитационные волны оставляют память на частицах вдоль их пути, и идентифицировали пять таких «воспоминаний».

Грант и его коллеги обнаружили еще три последствия прохождения гравитационной волны — «наблюдаемые постоянные гравитационные волны», которые могли бы когда-нибудь помочь идентифицировать волны, проходящие через Вселенную.

«Каждая новая наблюдаемая постоянная предоставляет различные способы подтверждения общей теории относительности и дает представление о внутренних свойствах гравитационных волн», — говорит Александр Грант.

Эти свойства могут помочь извлечь информацию из Космического микроволнового фона, излучения, оставшегося от Большого взрыва. «Мы не ожидали богатства и разнообразия того, что можно наблюдать», — сказала профессор Энна Фланаган, также из Корнелльского университета.

Команда ученых определила три наблюдаемые величины, которые показывают влияние гравитационных волн в плоской области в пространстве-времени, которая испытывает воздействие гравитационных волн, после чего она снова возвращается к плоской области.

Первое наблюдаемое «отклонение кривой» — это то, насколько два ускоряющихся наблюдателя отделяются друг от друга, по сравнению с тем, как наблюдатели с одинаковыми ускорениями будут отделяться друг от друга в плоском пространстве, не нарушенном гравитационной волной.

Вторая наблюдаемая «голономия» получается путем переноса информации о линейном и угловом моментах частицы вдоль двух разных кривых через гравитационные волны и сравнения двух разных результатов.

Третья — это взгляд на то, как гравитационные волны влияют на относительное смещение двух частиц, когда одна из частиц имеет собственный спин. Каждая из этих наблюдаемых особенностей определяется физиками способом, который может быть измерен детектором.

«Процедуры обнаружения отклонения кривой и вращающихся частиц относительно просты для выполнения, требуя только средства измерения разделения, а наблюдатели должны отслеживать их соответствующие ускорения», — говорят исследователи.

«Обнаружение наблюдаемой голономии будет более трудным, требуя от двух наблюдателей измерить локальную кривизну пространства-времени (возможно, с помощью детекторов малых гравитационных волн)».

Однако, учитывая размеры, необходимые для лазерной обсерватории гравитационно-волновых исследований лазерного интерферометра NSF, чтобы обнаружить хотя бы одну гравитационную волну, способность обнаруживать наблюдаемые голономии недоступна современной науке.

«Но мы уже видели много захватывающих вещей с гравитационными волнами, и мы увидим намного больше. Есть даже планы разместить в космосе детектор гравитационных волн, который будет чувствителен к источникам, отличным от LIGO», — говорят ученые. Научная статья была опубликована в журнале Physical Review D.