Рассчитан сигнал сталкивающихся нейтронных звезд

Ученые всего мира стремятся доказать с помощью постоянно усложняющихся датчиков существование гравитационных волн, предсказанное 100 лет назад Альбертом Эйнштейном. Однако для успешного поиска нужно знать, какой сигнал требуется найти. Сейчас он точно рассчитан для столкновения двух нейтронных звезд.

Ровно 100 лет назад Альберт Эйнштейн "потряс" пространство и время своей “Общей теорией относительности”, согласно которой любая движущаяся масса, звезда или галактика пошатнет окружающий их мир. Так называемое "пространство-время" деформируется движениями небесных тел, как эластичная пленка, и само начинает колебаться.

Эти колебания в виде гравитационных волн распространяются со скоростью света в во всех направлениях. Их можно измерить также с Земли. Но, хотя теория Эйнштейна бесспорна и гравитационные волны предсказаны век назад, научное сообщество все еще ждет измерения этих волн непосредственно во Вселенной.

В этом году на LIGO (Лазерный интерферометр обсерватории гравитационных волн) в США и VIRGO-интерферометре в Италии должны начать работу два детектора гравитационных волн самого последнего поколения. Но сумеют ли они, наконец, поймать долгожданный гравитационный сигнал - это вопрос не только все более чувствительной измерительной техники.

"Нам нужны как можно более точные прогнозы, как физически выглядят волны, которые мы отслеживаем. Только так и можно отфильтровать от общего шума сигналы с их крайне малой амплитудой".
Д-р Бернд Брюгманн (Bernd Brügmann), профессор Йенского университета им. Фридриха Шиллера

Именно такие прогнозы удалось сделать молодым ученым из команды Брюгманна: д-р Себастьяно Бернуцци (Sebastiano Bernuzzi) и Тим Дитрих (Tim Dietrich) представили на сегодняшний день самое точное теоретическое описание сигнала гравитационных волн, исходящих из двух сталкивающихся друг с другом нейтронных звезд.

Предсказанный физиками из Йены и их партнерами сигнал гравитационных волн (вверху) и снимок столкновения двух нейтронных звезд (внизу) Фото: TPI / FSU, AG Brügmann

Вместе со своими французскими коллегами Алессандро Нагаром (Alessandro Nagar) и Тибо Дамоуром (Thibault Damour) они усовершенствовали для этого аналитическую модель описания движения системы двух тел и возникающих при этом гравитационных волн. Это может значительно упростить расчет искомого сигнала.

Вычислительные затраты уменьшатся в несколько раз, поясняет Дитрих. Вместо многомесячного ожидания результата одного моделирования, которое может быть выполнено лишь на самых больших суперкомпьютерах в мире, расчеты в считанные секунды можно сделать на обычном ПК.

Благодаря такому подходу можно дать точные сведения об энергии и волновой форме сигналов, ожидаемых в результате столкновения двух нейтронных звезд, что существенно упрощает оценку сигналов, записанных новыми детекторами. Но невозможно предсказать, когда наконец удастся обнаружить долгожданное доказательство гравитационных волн.

О проведенном исследовании сообщается в статье, вышедшей в журнале Physical Review Letters.