Детектор гравитационных волн в космосе может раскрыть секреты Вселенной

Новое исследование показывает, что будущие открытия гравитационных волн из космоса смогут найти новые фундаментальные поля и потенциально пролить новый свет на необъяснимые аспекты Вселенной.

Профессор Томас Сотирио из Центра гравитации Ноттингемского университета и Андреа Маселли, исследователь GSSI и партнер INFN, вместе с исследователями из SISSA и La Sapienza из Рима продемонстрировали беспрецедентную точность, с которой наблюдения за гравитационными волнами проводились с помощью LISA (Laser Интерферометр Космос) Антенна), сможет открыть новые фундаментальные области. Поиск был опубликован в Естественная астрономия.

В этом новом исследовании исследователи предполагают, что LISA, космический детектор гравитационных волн (GW), который, как ожидается, будет запущен Европейским космическим агентством в 2037 году, откроет новые возможности для исследования Вселенной.

Профессор Томас Сотеро, директор Центра гравитации в Ноттингеме, объясняет: «Новые основные поля, в частности лестницы, были предложены в различных сценариях: как объяснение темной материи, как причина ускоряющегося расширения Вселенной, или как низкоэнергетические проявления для последовательного и полного описания гравитации и элементарных частиц.Теперь мы показали, что LISA предложит беспрецедентные возможности в обнаружении скалярного поля, и это дает захватывающие возможности для проверки этих сценариев ».

Наблюдения за астрофизическими объектами со слабыми гравитационными полями и малой кривизной пространства-времени пока не дали никаких доказательств наличия таких полей. Однако есть основания ожидать, что отклонения от общей теории относительности или взаимодействия между гравитацией и новыми полями будут более выраженными при больших изгибах. По этой причине открытие ГВ, открывшее новое окно в систему гравитационного сильного поля, представляет собой уникальную возможность обнаружить эти поля.

Вдохновленный максимальным отношением масс (EMRI), при котором компактный объект звездной массы, будь то черная дыра или нейтронная звезда, вдохновляющий черную дыру, масса которой в миллионы раз превышает массу Солнца, входит в число целевых источников для LISA. он обеспечивает золотую арену для исследования гравитации в системе сильного поля. Меньший объект совершает десятки тысяч оборотов по орбите, прежде чем погрузиться в сверхмассивную черную дыру, и это приводит к длинным сигналам, которые могли бы позволить нам обнаружить даже малейшие отклонения от предсказаний теории Эйнштейна и Стандартной модели физики элементарных частиц.

Исследователи разработали новый подход к моделированию сигналов и впервые точно количественно оценили способность LISA обнаруживать наличие скалярных полей, связанных с гравитационным взаимодействием, и измерять величину скалярного поля, переносимого небольшим объектом EMRI. Примечательно, что этот подход теоретически агностичен, поскольку он не зависит ни от происхождения самого заряда, ни от природы малого тела. Анализ также показывает, что такое измерение может быть установлено для жестких ограничений теоретических параметров, определяющих отклонения от общей теории относительности или Стандартной модели.

Предназначенный для обнаружения гравитационных волн с помощью астрофизических источников, LISA будет работать в созвездии из трех спутников, вращающихся вокруг Солнца в миллионах километров друг от друга. LISA будет обнаруживать гравитационные волны, излучаемые на более низкой частоте, в диапазоне, недоступном для наземных интерферометров из-за шума окружающей среды. Видимый спектр LISA позволит изучать новые семейства астрофизических источников, отличных от наблюдаемых Virgo и LIGO, таких как EMRI, открывая новое окно в эволюцию компактных объектов в самых разных средах нашей Вселенной.