Уявіть собі Чумацький Шлях не як беззвучний вітрячок із зір, а як щось, що тихо співає. По всій його площині розкидані мільйони пар мертвих світил, переважно білих карликів, які кружляють навколо один одного й, рухаючись, створюють хвилі у просторі-часі. Поодинці ці хвилі надто слабкі, щоб їх можна було помітити. Разом вони зливаються у постійний фоновий гул. І саме для того, щоб його вловити, зараз готується європейська космічна місія під назвою LISA.
LISA — апарат для вимірювання галактичного гулу гравітаційних хвиль
LISA (Laser Interferometer Space Antenna) — космічна антена на базі лазерного інтерферометра — запустить три космічні апарати, що рухатимуться по величезному трикутнику, вимірюючи викривлення простору-часу під час проходження гравітаційних хвиль. З усіх сигналів, які вона сподівається вловити, цей галактичний гул є найімовірнішим. Майже все інше, що LISA може виявити, залежить від невизначених фізичних процесів, але подвійні зорі Чумацького Шляху точно існують і точно “цвірінькають”. Кожна така подвійна система випромінює слабкі гравітаційні хвилі. Окремо вони майже непомітні, але разом утворюють своєрідний гравітаціно-хвильовий фоновий «гул», який LISA повинна зареєструвати.
Ось у чому полягає тонкість, на яку зараз звернули увагу двоє дослідників із Парижа. Гудіння не однакове в усіх напрямках. Розподіл матерії у Галактиці асиметричний: у її центрі скупчилося багато зір, а по краях їх менше, тому сигнал, природно, сильніший у деяких ділянках неба, ніж в інших.
Зорі обертаються навколо центру Галактики зі швидкістю 230 км/с (близько 140 миль на секунду). Коли вони наближаються до нас або віддаляються, гравітаційні хвилі, які вони випромінюють, розтягуються або стискаються, точно так само, як підвищується або знижується тон сирени, що проїжджає повз. Це ефект Доплера, те саме явище, через яке світло галактик, що відділіяються, стає червонішим, і тут воно застосоване тут до пульсацій у просторі-часі. Ключовим моментом є те, що зсув відрізняється в кожному напрямку по небу, оскільки кожний промінь зору перетинає іншу ділянку обертання Галактики.
Гравітаційно-хвильовий фон має містити слід обертання нашої Галактики. Через ефект Доплера гравітаційні хвилі від джерел, які наближаються до нас або віддаляються, трохи змінюють свою частоту. Оскільки різні частини Чумацького Шляху рухаються по-різному, у фоновому сигналі має бути закодована інформація про галактичне обертання.
Врахування доплерівського ефекту обертання Галактики
Команда вперше розробила точну формулу для цього доплерівського ефекту, пов’язаного з обертанням. Потім вони поставили гостре практичне запитання: що станеться, якщо аналітики LISA про це забудуть? Використавши два незалежні статистичні методи, вони з’ясували, що відповідь є невтішною. Якщо проігнорувати обертання, то властивості гулу будуть оцінені з похибкою, порівнянною з точністю самого експерименту, що спотворить оцінки кількості подвійних зір у Галактиці та їхньої маси.
Розв’язання цієї проблеми є втішним і чітким: врахування обертання не додає нових невідомих величин, а лише коригований шаблон, який аналітики вже вміють будувати. І є також привабливий бонус. Оскільки гудіння кодує рух галактики, LISA одного дня зможе виміряти обертання Чумацького Шляху незалежно від будь-яких досліджень зоряного світла, пропонуючи новий погляд на його прихований каркас із темної матерії.
За матеріалами phys.org
