Рябь в пространстве-времени может дать подсказки по недостающим компонентам Вселенной

В нашей теории Вселенной есть нечто несоответствующее. Почти все сходится, но есть муха в космическом супе, песчинка в бесконечном сандвиче. Некоторые ученые считают, что виновником может быть гравитация, и трудноуловимая рябь в ткани пространства-времени может помочь нам найти недостающий кусочек.

То, как это может работать, изложено в новой работе, соавтором которой является ученый из Чикагского университета. Опубликованный в журнале "Physical Review D", метод заключается в поиске такой ряби, которая была согнута, путешествуя сквозь сверхмассивные черные дыры или большие галактики на пути к Земле, рассказывают в вузе.

Беда в том, что что-то заставляет Вселенную не только расширяться, но со временем расширяться все быстрее и быстрее -- и никто не знает, что это такое. (Поиск точных показателей под постоянными дебатами в космологии).

Ученые предложили всевозможные теории относительно того, каким может быть пропавший кусочек. "Многие из них полагаются на изменение образа действия гравитации в больших масштабах", - сказал соавтор статьи, стипендиат программы НАСА "Эйнштейн" по постдокторантуре в Институте космологической физики Кавли в Чикагском университете Хосе Мария Ескиага. "Поэтому, гравитационные волны - идеальный вестник, чтобы увидеть эти возможные модификации гравитации, если они существуют".

Гравитационные волны -- это рябь в самой ткани пространства-времени; с 2015 года человечество имеет возможность улавливать эту рябь с помощью обсерваторий LIGO. Каждый раз, когда два массивно тяжелых объекта сталкиваются где-нибудь во Вселенной, они создают рябь, путешествующую по космосу, неся подпись того, что их произвело -- возможно, столкновение двух черных дыр или двух нейтронных звезд.

В своей работе Ескиага и соавтор Мигель Зумалакарреги утверждают, что если бы такие волны ударили в сверхмассивную черную дыру или скопление галактик на пути к Земле, сигнатура ряби изменилась бы. Если бы была разница в гравитации, сопоставима по теории Эйнштейна, доказательства были бы встроены в эту сигнатуру.

Например, одной из теорий относительно отсутствующего кусочка Вселенной является существование дополнительной частицы. Такая частица, кроме других эффектов, генерирует определенный фон или «среду» вокруг крупных объектов. Если бы путешествующая гравитационная волна ударила в сверхмассивную черную дыру, она породила бы волны, которые смешались бы с самой гравитационной волной. В зависимости от того, с чем она столкнулась, сигнатура гравитационной волны может нести в себе "эхо", иначе говоря, отображаться с резким подъемом.

"Это новый способ зондирования сценариев, которые раньше нельзя было проверить", - сказал Ескиага.

В их работе изложены условия, при которых можно будет найти такие эффекты в будущих данных. Следующий запуск LIGO запланирован в 2022 году с обновлением, которое сделает детекторы еще более чувствительными, чем они уже есть.

"Во время нашего последнего наблюдения с LIGO мы видели новую гравитационную волну, которая считывается каждые шесть дней, что странно. Но во всей Вселенной, как мы думаем, они на самом деле происходят каждые пять минут", - говорит Ескиага. "Во время следующего обновления мы смогли бы увидеть сотни таких событий в год".

Увеличение количества, по его словам, повышает вероятность того, что одна или несколько волн пройдет через массивный объект, и ученые смогут проанализировать их на наличие подсказок о недостающих компонентах.

Зумалакарреги, другой автор статьи, - ученый из Института гравитационной физики Макса Планка в Германии, а также Берклиського центра космологической физики при Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли.

Их работа описана в журнале "Physical Review D" в статье "Линзирование гравитационной волны вне общей относительности: двупреломление, эхо и тени".

Читайте еще интересные новости о космосе.