Астрономы освоили метод выявления «незаживающих шрамов» в структуре пространства-времени.

Гравитационные волны распространяются от своих массивных источников, подобно кругам на воде от упавшего в нее камня. В роли этого камня могут выступать, например, две нейтронные звезды или черные дыры: когда они «танцуют» вокруг общего центра масс, их гравитационное взаимодействие создает мощные «пульсации» пространства-времени. Танец завершается полным слиянием, которое порождает наиболее интенсивные гравитационные волны. Именно такие волны в настоящее время фиксируются в космосе с помощью специализированных детекторов.

Однако существуют гравитационные волны, которые пока не удается обнаружить, поскольку они менее выражены и имеют меньшую амплитуду, то есть являются значительно более слабыми. Эта «рябь» возникает в момент, когда нейтронная звезда или черная дыра только формируется — во время взрыва сверхновой звезды.

Напомним, что сверхновая — это «умирающая» очень массивная звезда. Ее внешняя оболочка выбрасывается в окружающее пространство во время взрыва, в то время как ядро коллапсирует и становится одним из двух: нейтронной звездой или черной дырой.

Наиболее примечательно, что эти события вызывают не только временные сильные колебания структуры Вселенной — очень слабые волны сохраняются «на память» о большой звезде навсегда. Это явление называется гравитационно-волновой памятью. Ее, как и сами такие волны, предсказала Общая теория относительности Эйнштейна. Если бы этот эффект памяти удалось зафиксировать, это не только еще раз подтвердило бы правильность расчетов великого физика, но и позволило бы находить и изучать источники этих «исторических свидетельств» Вселенной.

В недавней статье для издания Physical Review Letters астрофизики из США, Швеции и Польши рассказали о разработанном ими новом методе считывания гравитационно-волновой памяти Вселенной. Они смоделировали «смерть» трех звезд, которые «при жизни» имели массу, сравнимую с 10, 15 и 25 солнечными массами. В результате удалось составить довольно точное представление о том, какие гравитационные волны должны возникать в момент коллапса их ядер.

Выяснилось, что временные колебания продолжались более секунды, и это довольно много: гравитационная рябь от звездных слияний длится лишь доли секунды. Вечная память о сверхновой сохраняется благодаря особому излучению нейтрино в момент вспышки и неравномерному распространению ударной волны, объяснили исследователи.

По их расчетам, теперь можно тщательно сравнивать различные «шаблоны» гравитационных волн с реальными данными детекторов и таким образом находить во Вселенной никогда не заживающие «раны» от взрывающихся звезд. В любом случае, неизгладимые последствия «гибели» звезды с массой в 25 солнечных масс можно замечать в радиусе около 30 тысяч световых лет вокруг нас.

В то же время, стоит напомнить, что в недавно опубликованной монографии физика Николая Горькавого показано: очень крупные черные дыры могут «перехватывать» гравитационные волны, увеличивая свою массу на величину, на которую потеряли массу объекты, когда-то испустившие эту гравитационную волну. Иными словами, часть гравитационных волн, которые предлагают исследовать авторы нового исследования, со временем будут поглощаться черными дырами и постепенно «стираются».