Невидимое Излучение Вселенной

Страницы по-прежнему пусты, но странным образом видно, что все слова уже написаны невидимыми чернилами и только просятся на видимость.
— Владимир Набоков Прекрасные изображения глубокого космоса – от далеких галактик до звезд, скоплений, туманностей нашей Галактики – имеют одну общую черту.

Свет! В частности, электромагнитное излучение.
Этот свет не всегда попадает в видимую часть спектра, но именно туда мы больше всего привыкли.
Неудивительно: величайший источник энергии для нас тот же, что и для накопления выше, НГК 3603 .

Свет, исходящий от этих звезд, как и свет, исходящий от всех звезд, сильно зависит от температуры звезд. Чем он горячее, тем больше от него будет исходить синего или даже ультрафиолетового света, а чем холоднее, тем больше он будет уходить в красную, а то и инфракрасную область.

Цвета преувеличены Но не каждая звезда похожа на наше Солнце, или немного холоднее, или немного горячее.
Некоторые звезды в тысячи раз массивнее, а другие составляют лишь небольшую часть массы Солнца.
Поэтому в судьбах звезд огромное разнообразие.

Подавляющее большинство известных нам звезд получают свою энергию там же, где ее получает Солнце – за счет ядерного синтеза – это не единственный источник энергии для звезд Вселенной.
Помимо ядерных реакций, производящих эту энергию, огромное количество энергии хранится в гравитации.

Когда большая масса сжимается или разрушается, происходит и не происходит несколько интересных вещей.
Пространство-время без массы — то, что было за пределами первоначальной звезды до коллапса — не меняется.
Его энергия не меняется, его кривизна не меняется, его гравитационный потенциал не меняется и т. д. Но в том пространстве-времени, которое изначально находилось внутри объекта, а после коллапса или сжатия оказалось снаружи, отрицательная гравитационная потенциальная энергия возрастает по величине.
И эта энергия должна куда-то деваться.

Например, он может превратиться в свет – именно это и происходит с белыми карликами.
По массе они сравнимы с Солнцем, а по размерам с Землей, и излучают большое количество света, источником энергии для которого является лишь гравитационное сжатие.
Например, если бы на месте Солнца появился белый карлик, он всё равно был бы в 400 раз ярче нашей полной Луны!

Но не каждый объект, который сжался или рухнул, был единственной звездой в Солнечной системе.
Многие из них, как самая яркая звезда на нашем небе , являются двоичными системами.
В двойной системе две звезды или звездообразные объекты вращаются вокруг друг друга.
Со временем эти орбиты не остаются стабильными; гравитация заставляет их сжиматься, и звезды вращаются навстречу друг другу.

Но на этот раз, когда гравитационная энергия уменьшается, излучается не свет. И я говорю не только о видимом свете — они не излучают никакого света.
Ни рентгеновских лучей, ни инфракрасного излучения, ни радиоволн, ничего.
Какое излучение должна излучать такая система?

Гравитационное излучение, также известное как гравитационные волны! Эти волны должны распространяться в пространстве-времени, и мы можем обнаружить их не как свет, а как искажение размеров объектов при прохождении через них гравитационной волны! Когда два объекта сближаются по спирали, должно наблюдаться постоянно ускоряющееся излучение волн.
Чем ближе они друг к другу, тем короче становится период. Фаза слияния будет включать катастрофическое излучение как света (а в случае двух белых карликов, вероятно, сверхновой), так и гравитационных волн, за которым последует фаза успокаивающей волны.
Это смелое предсказание общей теории относительности Эйнштейна.
Но мы уже заметили, хотя и косвенно, один из важных аспектов этого явления.
Наблюдая за двумя пульсарами (коллапсировавшими нейтронными звездами), вращающимися вокруг друг друга, мы можем предсказать уменьшение периода обращения этих звезд. И за более чем 30 лет, прошедших с момента открытия первого двойного пульсара, мы сделали именно это.

Но нам действительно нужно было обнаружить эти волны напрямую! Так что же нам делать, чтобы их обнаружить? Например, можно стрелять сверхточными лазерами известной длины волны на большие расстояния в разных направлениях.
Этот свет отражается от зеркал и направляется обратно, вы собираете свет, полученный с обеих сторон, и смотрите на интерференционную картину.

Гравитационные волны чрезвычайно слабы, поэтому вам нужна очень длинная базовая линия (чтобы получить большое количество длин волн — вам нужно обнаружить изменение на 1/10²⁸ ), чтобы обнаружить небольшое смещение одного из двух расстояний.
А на Земле есть такой проект: лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн , ЛИГО .

Но ЛИГО находится на Земле, где мы не только ограничены в возможности пропускать лазерные лучи, но и в экранировании эксперимента от вибраций поверхности.
Обнаружить гравитационные волны в космосе будет гораздо проще!

Именно с этой целью разрабатывают проект усовершенствованной космической антенны, использующей принцип лазерного интерферометра eLISA (ранее — ЛИЗА ).
К сожалению, из-за высокой стоимости космических проектов, проблем с бюджетом НАСА и неспособности ЕКА позволить себе такую установку в одиночку, комплект из трех космических аппаратов, предназначенных для выхода на орбиту Земли на расстоянии 5 млн км друг от друга, в ближайшее время не будет запущен.
следующие десять лет [ Ориентировочное время запуска на данный момент — 2034 год; ок.
перевод ].
Вселенная все время говорит с нами на языке, которого мы не понимаем.
И как только мы это услышали, мы сразу начали это понимать! Так что же она нам говорит? Сколько и куда приближаются по спирали белые карлики.
Сколько слияний черных дыр происходит в далеких галактиках.
Как выглядит катастрофическое излучение гравитационных волн при слиянии двух тел.
Вселенная говорит нам об этом прямо сейчас.
Все, что нам нужно сделать, это прислушаться, и мы сможем уловить это невидимое излучение Вселенной: гравитационные волны! Примечание перевода: перевод немного переработан в связи с тем, что после его появления наземный проект LIGO открыл гравитационные волны .
11 февраля 2016 года коллаборации LIGO и Virgo сообщили об обнаружении гравитационных волн, произошедших 14 сентября 2015 года на объектах LIGO. Обнаруженный сигнал возникла в результате слияния двух черных дыр с массами 36 и 29 солнечных масс на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от Земли, при этом три солнечных массы были потеряны в радиации.