Детектор гравитационных волн в космосе может раскрыть тайны Вселенной

Apr 15, 2023

Новое исследование показало, что будущие обнаружения гравитационных волн из космоса смогут обнаружить новые фундаментальные поля и потенциально пролить новый свет на необъяснимые аспекты Вселенной.

Профессор Томас Сотириу из Центра гравитации Ноттингемского университета и Андреа Маселли, исследователь GSSI и сотрудник INFN, вместе с исследователями из SISSA и La Sapienza в Риме, продемонстрировали беспрецедентную точность, с которой наблюдения гравитационных волн с помощью космического интерферометра LISA (лазерный Космическая антенна интерферометра) сможет обнаруживать новые фундаментальные поля.Исследованиебыла опубликована в журнале Nature Astronomy.

В этом новом исследовании исследователи предполагают, что LISA, космический детектор гравитационных волн (GW), который, как ожидается, будет запущен ЕКА в 2037 году, откроет новые возможности для исследования Вселенной.

Сотириу, директор Ноттингемского центра гравитации, объясняет: «Новые фундаментальные поля, и в частности скаляры, предлагались в самых разных сценариях: в качестве объяснения темной материи, в качестве причины ускоренного расширения Вселенной или в качестве низкой теории гравитации. -энергетические проявления последовательного и полного описания гравитации и элементарных частиц. Теперь мы показали, что LISA предложит беспрецедентные возможности в обнаружении скалярных полей, и это открывает захватывающие возможности для тестирования этих сценариев».

Наблюдения астрофизических объектов со слабыми гравитационными полями и малой кривизной пространства-времени пока не предоставили доказательств существования таких полей. Однако есть основания ожидать, что отклонения от общей теории относительности или взаимодействия между гравитацией и новыми полями будут более заметными при больших кривизнах. По этой причине обнаружение гравитационных волн, открывшее новое окно в режим гравитации сильного поля, представляет собой уникальную возможность обнаружить эти поля.

Спирали с экстремальным соотношением масс (EMRI), в которых компактный объект звездной массы, будь то черная дыра или нейтронная звезда, втягивается в черную дыру, масса которой в миллионы раз превышает массу Солнца, являются одними из целевых источников LISA и обеспечивают золотая арена для исследования режима гравитации сильного поля. Меньшее тело совершает десятки тысяч орбитальных циклов, прежде чем погрузиться в сверхмассивную черную дыру, и это приводит к длинным сигналам, которые могут позволить нам обнаружить даже самые незначительные отклонения от предсказаний теории Эйнштейна и Стандартной модели физики элементарных частиц.

Исследователи разработали новый подход к моделированию сигнала и впервые провели строгую оценку способности LISA обнаруживать существование скалярных полей, связанных с гравитационным взаимодействием, а также измерять, сколько скалярного поля переносится небольшим телом ЭМРИ. Примечательно, что этот подход не зависит от теории, поскольку он не зависит от происхождения самого заряда или природы малого тела. Анализ также показывает, что такие измерения можно сопоставить с строгими границами теоретических параметров, которые отмечают отклонения от Общей теории относительности или Стандартной модели.

LISA будет заниматься обнаружением гравитационных волн с помощью астрофизических источников и будет работать в созвездии из трех спутников, вращающихся вокруг Солнца на расстоянии миллионов километров друг от друга. LISA будет наблюдать гравитационные волны, излучаемые на низкой частоте в диапазоне, недоступном для земных интерферометров из-за шума окружающей среды. Видимый спектр LISA позволит изучать новые семейства астрофизических источников, отличных от наблюдаемых Virgo и LIGO, в качестве EMRI, открывая новое окно в эволюцию компактных объектов в самых разных средах нашей Вселенной.

- Этот пресс-релиз был первоначально опубликован на веб-сайте Ноттингемского университета.