Уламки зірок, що помирають, можуть створювати хвилі у просторово-часовому континуумі — вчені

Моделювання зірки, що вмирає, показує, як вона створює гравітаційні хвилі у тканині простору/часу. Принаймні про це свідчить дослідження, яке нещодавно завершили вчені Північно-Західного університету Іллінойсу.

Що таке гравітаційні хвилі у просторі та часі 

У 1916 році Айнштайн представив фізикам новий спосіб мислення про простір, час і гравітацію. Загальна теорія відносності об’єднала те, що ми зазвичай вважаємо окремими сутностями — простір і час — у те, що зараз називається простір-час. Просторово-часовий континуум — це концепція, за якою будь-які дії відбуваються одночасно у часі і просторі, які не можливо виокремити один від одного. Тому вчені розглядають «простір-час» як щось на кшталт тканини, з якої складається Всесвіт. Будь-який об’єкт, що рухається крізь просторово-часову тканину, викликає хвилі в цій тканині.

Щоб уявити гравітаційні хвилі подумайте про рух рукою по воді. Брижі або хвилі поширюються якийсь час від свого джерела, але згодом згасають.

Підписуйтеся на наші соцмережі

Лише найсильніші події викликають спотворення, достатньо великі, щоб їх можна було виявити на Землі. Наприклад,  дві чорні діри, що стикаються, кожна з масою в десять разів більша, ніж наше Сонце, призведуть до хвилі, яка спричинить викривлення в 1% діаметра атома, коли він досягне Землі. У цьому масштабі викривлення спричинить зміну діаметра Землі на 0,0000000000001 м. 

Як смерть зірок впливає на гравітаційні хвилі, простір та час

«Це потенційне джерело гравітаційних хвиль, яке ніколи раніше не досліджувалося», — сказав астрофізик Оре Готтліб з Північно-Західного університету в Еванстоні, штат Іллінойс на прес-конференції на зустрічі Американського астрономічного товариства.

Вперше спостерігати гравітаційні хвилі вченим вдалось у 2015 році у гравітаційно-хвильовій обсерваторії Advanced Laser Interferometer, або Advanced LIGO. Ці хвилі були результатом спіралеподібного танцю смерті двох  чорних дір або нейтронних зірок. Такі події випромінюють так звані когерентні гравітаційні хвилі (хвилі з однаковою частотою і сталою різницею фаз.). «Ви можете думати про це як про гармонійну гру оркестру», — сказав Готліб.

Натомість цього разу Готліб і його колеги розглянули інший тип зоряної смерті, який називається колапсаром. Коли масивні зірки колапсують у чорну діру, вони можуть випускати струмені речовини, що рухаються зі швидкістю, близькою до світла. Комп’ютерне моделювання виявило кокон матеріалу, що оточує струмінь, сповнений гарячого, турбулентного газу та сміття, які розширюються в асиметричному міхурі навколо вмираючої зірки. Такий швидкий викид матерії може зіткнутися з простором-часом настільки, щоб створити некогерентні гравітаційні хвилі.

Який шанс виявити гравітаційні хвилі від помираючої зірки 

Лабораторія LIGO та інші детектори — Virgo в Італії та KAGRA в Японії будуть намагатись виявити відлуння гравітаційних хвиль на Землі. Але наразі вони мають приблизно 1% ймовірності виявити гравітаційні хвилі кокона зірки. У майбутніх сеансах із покращеними детекторами ця ймовірність зросте.

За словами Готліба, уловлювання цих хвиль могло б дати астрономам змогу зазирнути в найпотаємніші частини вмираючих зірок, які неможливо вивчити іншим способом.