Гравитационните вълни ще откриват нови светове

Когато физици обявиха първото директно откриване на гравитационни вълни през 2016 г., откритието предизвика доста дебати в научната общност. Гравитационните вълни или „бръчките в тъканта на време – пространството“, които карат пространството да се разтяга, докато минават през него, са предсказани от Алберт Айнщайн преди повече от 100 години.

Сега в статия публикувана в arxiv, група от изследователи обясняват как ще използват гравитационните вълни, за да открият извънземни светове.

Екзопланатите, които те смятат, че биха могли да намерят, ще бъдат доста различни от Земята, с голяма маса, с орбити в близост до звездите си и години, които траят около земен час или дори по-малко. С други думи, тези планети едва ли ще поддържат живот. Въпреки това, техниката е обещаваща, като друг инструмент в „екзопланетния ловен арсенал“, който може да открие планети, които досега астрономите не са успели да открият.

„Дори слабите сигнали биха могли да бъдат открити, ако източниците са достатъчно близо до Земята“, казва за Daily Beast Хосе Адемир Лима, един от авторите на статията, физик в университета в Сао Пауло, Бразилия. Лима и колегите му анализират двоичните системи – бинарни звездни системи или звезда и планета от нашата галактика. Те разбрали, че „специален клас екзопланети, тези с ултра-кратки периоди може да причинят гравитационни вълни достатъчно силни, за да можем да ги видим“.

Не само масата засяга колко силен гравитационен сигнал може да предизвика един обект. Колкото по-кратък е периодът за който екзопланета обикаля около звездата си, толкова по-силни са гравитационните вълни, които създава. А Лима и колегите му смятат, че следващото поколение детектори могат да усетят гравитационни вълни, идващи от екзопланети, които обикалят около звездата си за час или дори по-малко, стига да са достатъчно близо до Земята.

Текущите методи за откриване на екзопланети имат някои слаби места или слепи точки. Методът на транзита, използван от мисията на НАСА – „Кеплер“, която е отговорна за по-голямата част от откритите планети до момента, изисква планетата да минава пред своята звезда. Изследователите гледат на преминаването като доказателство за съществуването на екзопланета. Ако една звезда има планета, която не пресича пред нея, ние не можем да я видим от нашата гледна точка, което означава, че не можем да докажем нейното съществуване.

„Аз подозирам, че системите, които можем да открием биха били изключително редки, тези системи обаче могат да имат орбитални наклони, които биха били много по-малко благоприятни за традиционните методи за търсене на екзопланети“, казва Мартин Хендри, професор по гравитационна астрофизика и космология в Университета в Глазгоу.

Досега с познатите методи са открити малко планети, които отговарят на това описание. Те са склонни да бъдат газови гиганти с многократно по-голяма маса от тази на Юпитер и орбити, близки до своята звезда, характеристики, които са им спечелили прякора „горещи Юпитери“.

Гравитационните вълни, които са улавяни след 2016 г., са предизвикани от невероятно масивни предмети – обикновено черни дупки и супер плътни неутронни звезди, които си взаимодействат. Но практически, всичко с маса може да направи гравитационни вълни; повечето от тях обаче, са твърде малки, за да бъдат открити.

Днешните съвременни гравитационни вълнови експерименти LIGO и Дева, се състоят от големи наземни детектори, които използват лазери за измерване на невероятно малки промени в пространството. LIGO се състои от два L- образни детектора с дължина 4 километра, разположена от двете страни на САЩ, едната в Ханфорд, щата Вашингтон, а другата – в Ливингстън, Луизиана. Детекторите Дева са подобни и са близо до Пиза, Италия.

Гравитационните вълни отслабват, колкото по-далеч пътуват от източника си, така че могат да бъдат открити само вълните предизвикани от сливането на далечни черни дупки, защото те са с огромна маса и предизвикват изключително силен сигнал. Докато първите гравитационни вълни, създадени по време на сливането на две черни дупки намиращи се на 1.3 милиарда светлинни години достигнат Земята, размерът с който те разтягат пространството, уловен от детекторите, е равен на част от диаметъра на протона.

Учените казват, че все още сме няколко десетилетия от действителното измерване на гравитационните вълни на всяка планета. LISA, космически детектор, разработен от NASA и ESA, не се очаква да стартира преди 2034 г.

„Възможността някои екстремални екзопланетни системи да бъдат източници на гравитационни вълни, достъпни за космически детектори като LISA, е интригуваща,“ казва Хендри и добавя, че „гравитационните вълни могат да са полезна добавка към други методи за търсене на екзопланети“.

Гравитационните вълни от екзопланети също ще имат уникална черта, която все още не е виждана от друг източник: За разлика от сблъсъка на две черни дупки, сигналът от екзопланетите няма да бъде еднократно събитие. Те непрекъснато ще излъчват гравитационни вълни, докато планетата продължава да обикаля около своята звезда.

„Този клас бинарни системи е много подходящ за непрекъснато наблюдение“, казва Лима.
„С други думи, колкото и дълго време да ни е нужно за да изградим детекторите за измерване на тези сигнали, те ще ни чакат“.

Публикувано в The Daily Beast.