Нейтронні зірки, що швидко обертаються, можуть «гуднути» безперервними гравітаційними хвилями. Авторство: К. Ветте
Пам’ятаєте дні, коли ще не працювали вдома? Ранок понеділка, ви спізнюєтеся, щоб подолати пробку, і не можете знайти ключі від машини. Що ти робиш? Ви можете спробувати переходити з кімнати в кімнату, оглядаючи кожну пласку поверхню в надії помітити відсутні ключі. Звичайно, це припускає, що вони десь на виду; якщо вони заховані під газетою або впали за диван, ви ніколи їх не помітите. Або ви можете бути настільки впевнені, що востаннє бачили ключі на кухні та пошук для них там: у кожній шафі, мікрохвильовій печі, посудомийній машині, задній частині холодильника тощо. Звичайно, якщо ви залишили їх на тумбочці біля ліжка, кухня приречена на провал. Отже, яка стратегія найкраща?
Вчені стикаються з подібною загадкою в пошуках гравітаційні хвилі— брижі в тканині простору і часу — від нейтронних зірок, що швидко обертаються. Ці зірки є найбільш щільними об’єктами у Всесвіті, і, якщо вони не ідеально сферичні, випромінюють дуже слабке «гудіння» безперервних гравітаційних хвиль. Почувши це «гудіння», вчені могли зазирнути всередину a нейтронна зірка і відкривати його таємниці, відкриваючи нове уявлення про найекстремальніші стани матерії. Однак наші дуже чутливі «вуха» — 4-кілометрові детектори, що використовують потужні лазери — ще нічого не чули.
Частково проблема полягає в тому, що, подібно до відсутніх ключів, вчені не впевнені у найкращій стратегії пошуку. Більшість попередніх досліджень використовували підхід «від кімнати до кімнати», намагаючись знайти безперервні гравітаційні хвилі в якомога більшій кількості різних місць. Але це означає, що ви можете витратити лише обмежену кількість часу на прослуховування сигнального «гул» в будь-якому місці — так само, як ви можете лише так довго дивитися на журнальний столик, намагаючись розпізнати ключ у формі об'єкт. А оскільки «гул» дуже тихий, є велика ймовірність, що ви його навіть не почуєте.
У дослідженні, нещодавно опублікованому в Фізичний огляд D, команда вчених на чолі з докторантом Карлом Веттом з Центру передового досвіду ARC для виявлення гравітаційних хвиль (OzGrav) у Австралійський національний університет, спробував "де ще вони можуть бути, як не кухня?" підхід.
Ветт пояснює: «Ми зробили обґрунтоване припущення про конкретне місце, де можуть бути безперервні гравітаційні хвилі, частково на основі того, що ми вже знаємо про пульсари — вони як нейтронні зірки, але посилають радіохвилі замість безперервних гравітаційних хвиль. Ми припустили, що поблизу будуть виявлені безперервні гравітаційні хвилі пульсар радіохвилі». Так само, як здогадатися, що ваші відсутні ключі, ймовірно, будуть поруч із вашою сумочкою чи гаманцем.
Використовуючи наявні дані спостережень, команда витратила багато часу на пошуки в цьому місці (майже 6000 днів комп’ютерного часу!), уважно прислухаючись до того слабкого «гулу». Вони також використовували графічні блоки обробки — спеціалізовану електроніку, яка зазвичай використовується для комп’ютерних ігор — завдяки чому їхні алгоритми працюють надшвидко.
«Наш пошук був значно чутливішим, ніж будь-який попередній пошук цього місця», — каже Ветт. «На жаль, ми нічого не почули, тому цього разу наші припущення були помилковими. Поки що це знову до креслярської дошки, але ми продовжимо слухати».
Довідка: «Глибока розвідка безперервних гравітаційних хвиль на частоті 171–172 Гц у ЛІГО Дані другого спостереження», Карл Ветт, Ліам Данн, Патрік Кліруотер та Ендрю Мелатос, 23 березня 2021 р., Фізичний огляд D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.083020
