Гул гравитационных волн может рассказать о вращении нашей Галактики
Астрофизики из Парижа обнаружили, что в фоновом шуме гравитационных волн, который исходит из глубин Млечного Пути, спрятана информация о вращении галактики. Если будущий детектор LISA не учтет этот эффект, он неверно оценит базовые свойства звездного населения нашего уголка Вселенной.
Млечный Путь заполнен миллионами пар мертвых звезд — преимущественно белых карликов, которые кружатся вокруг общего центра масс. Каждая такая пара создает рябь в пространстве-времени — гравитационные волны, то есть крошечные деформации самой структуры пространства, которые распространяются со скоростью света. В одиночку сигнал любой такой пары слишком слаб, чтобы его уловить, но вместе они сливаются в непрерывный фоновый гул.
Именно этот гул и собирается измерить LISA — Лазерная интерферометрическая космическая антенна. Три космических аппарата выстроятся в гигантский треугольник и будут регистрировать мельчайшие колебания пространства-времени.
Этот гул неравномерен: в направлении центра галактики он сильнее, у краев — слабее, потому что звезды там сосредоточены плотнее. Но существует еще одна тонкость, которую до последнего времени никто не просчитывал в полной мере. Галактика вращается: звезды несутся по своим орбитам со скоростью около 230 километров в секунду.
Это порождает хорошо знакомый физикам эффект Доплера. Когда источник звука или излучения движется к нам, волны как бы сжимаются — частота растет, тон повышается. Когда источник удаляется, волны растягиваются и частота падает. Из-за этого эффекта сирена проезжающей мимо наблюдателя машины сначала звучит выше, а потом ниже. Здесь то же самое происходит с гравитационными волнами: в зависимости от того, в каком направлении смотреть, звезды либо летят нам навстречу, либо удаляются от нас, и гравитационный гул звучит тише или громче в разных частях неба.
Джорджо Ментасти и Квентин Баньи вывели точную формулу для этого доплеровского сдвига, вызванного вращением галактики, а затем проверили, что произойдет, если аналитики LISA просто проигнорируют этот эффект. С помощью двух независимых статистических методов они показали: пренебрежение вращением приводит к погрешностям, сопоставимым с точностью самого эксперимента. LISA неверно оценит, сколько двойных систем существует в галактике и какова их масса.
Хорошая новость в том, что исправить это не так уж сложно. Поправка на вращение не добавляет в модель новых неизвестных параметров — это просто более точный шаблон, который смогут настроить уже сейчас.
У этой истории есть и неожиданное продолжение. Поскольку гравитационный гул несет в себе информацию о движении звезд, LISA теоретически сможет измерить скорость вращения Млечного Пути независимо от наблюдений в видимом свете.
Это даст астрономам новый инструмент для изучения темной материи — невидимого вещества, которое, по всей видимости, составляет большую часть массы галактики и удерживает звезды на их орбитах. Скорость, с которой звезды обращаются вокруг центра, зависит от распределения этой скрытой массы, а значит, замер вращения через гравитационные волны способен рассказать о темной материи то, что оптические телескопы просто не в состоянии увидеть.
Академик Андрей Быков: ни одна из гипотез о темной материи не проходит проверку
LISA планируют запустить в следующем десятилетии. Исследование французских ученых — заблаговременная подготовка к анализу данных, чтобы уже в момент запуска инструменты были откалиброваны правильно.
На обложке фото NASA
Самое популярное
