Астрономы придумали, как искать гравитационное "эхо" сверхновых

 Ученые придумали, как обнаруживать гравитационные волны от взрывов сверхновых или молодых пульсаров – вращающихся нейтронных звезд. Новую методику планируют использовать в работе обсерватории LIGO после ее перезапуска летом 2022 года, пишет пресс-служба Центра гравитационной астрономии Совета по научным исследованиям Австралии (OzGrav).

"Молодые нейтронные звезды, которые скрываются внутри останков сверхновых, – это одна из самых перспективных целей для поиска "долгоиграющих" источников гравитационных волн. Мы не нашли следов подобных колебаний в данных прошлой серии наблюдений LIGO, но надеемся, что найдес после перезапуска обсерватории", – рассказала Лилли Сан из Национального университета Австралии, один из авторов методики.

Гравитационные волны – это колебания пространства–времени, источником которых служат массивные объекты, движущиеся с меняющимся ускорением. Существование таких волн еще более ста лет назад предсказал Альберт Эйнштейн, однако зафиксировать их ученые смогли лишь в сентябре 2015 года.

Детектирование гравитационных волн — важное подтверждение общей теории относительности. За это проект LIGO в 2016 году получил премию Breakthrough Prize, а в 2017-м — уже Нобелевскую премию по физике. Сейчас обнаружением гравитационных волн занимается четыре детектора – два в США (ими занимаются специалисты проекта LIGO), по одному в Италии (VIRGO) и Японии (KAGRA). 

За последние пять лет LIGO и VIRGO открыли несколько десятков всплесков гравитационных волн от слияния черных дыр и других объектов, расположенных в сотнях миллионов световых лет от Земли. Их изучение помогло космологам проверить общую теорию относительности и некоторые другие теории, которые объясняют устройство Вселенной.

В частности, физики доказали, что скрытых измерений, помимо трех существующих, не существует, или же они не влияют на характер движения гравитационных волн. Также наблюдения за слиянием нейтронных звезд GW170817 указали, что столкновения подобных объектов порождают большую часть запасов золота и других тяжелых элементов Вселенной. Благодаря этому ученые стали задумываться, смогут ли LIGO и VIRGO обнаружить гравитационные волны, источником которых служат взрывы сверхновых или пульсары.

В отличие от последствий слияний черных дыр и нейтронных звезд, подобные колебания пространства–времени будут относительно слабы, но время их "жизни" будет дольше. Поэтому для их поиска нельзя использовать те же алгоритмы, которые используются на VIRGO и LIGO сейчас.

Эта проблема дополнительно осложняется тем, что форма гравитационных волн от одиночных нейтронных звезд будет сильно зависеть от того, как устроены их недра. Поэтому многие ученые скептически относятся к возможности прямого обнаружения подобных колебаний в ближайшее время.

Австралийские астрономы подошли к этому вопросу с другой стороны. Они раcсчитали, как будут меняться свойства гравитационных волн в зависимости от устройства недр пульсаров, и попытались найти следы подобных колебаний в данных последних двух циклов наблюдений LIGO.

Несмотря на то, что ученые не нашли ни одного источника подобных волн, благодаря этому приему удалось сильно сузить возможный диапазон значений и значительно упростить дальнейшие поиски гравитационных волн от одиночных объектов в космосе. С помощью этой методики ученые подготовили список из 12 недавно взорвавшихся сверхновых, которые расположены близко к Земле и потенциально могут быть источниками гравитационных волн, заметных для LIGO и ViRGO.

Однако пока эти гравитационные обсерватории не работают с марта 2020 года – из-за глобальной пандемии COVID-19. Астрономы надеются, что их работа возобновится летом 2022 года – после того, как закончится очередное большое обновление гравитационных детекторов. Сан и ее коллеги надеются, что благодаря более чувствительным детекторам можно будет найти первые "постоянные" источники гравитационных волн.