Взрывы и слияния звезд в космосе не только порождают яркое излучение: от них «содрогается» сама пространственно-временная структура космоса. Такой эффект создает гравитация объектов, переживающих драматические события. Этот феномен получил название «гравитационные волны». Некоторые из них не утихают никогда и таким образом сохраняют память о бесчисленном множестве «умерших» звезд по всей Вселенной. Правда, эту память нелегко распознать, но астрономы все-таки нашли способ.
Гравитационные волны, искривляющие пространство-время (художественная иллюстрация) / © NANOGrav/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Гравитационные волны распространяются вокруг своих массивных источников, как круги по воде от упавшего в нее камня. Роль этого камня могут сыграть, например, две нейтронные звезды или черные дыры: когда они «танцуют» вокруг общего центра масс, их гравитационное взаимодействие создает сильную «рябь» пространства-времени. Танец заканчивается полным слиянием, и оно порождает максимально интенсивные гравитационные волны. Именно такие сейчас обнаруживают в космосе с помощью специальных детекторов.
Но есть гравитационные волны, которые пока не удается фиксировать, потому что они менее отчетливы и у них меньшая амплитуда, то есть они гораздо слабее. Такая «рябь» возникает в тот момент, когда нейтронная звезда или черная дыра только появляется — во время взрыва сверхновой звезды.
Напомним, сверхновая — «умирающая» очень массивная звезда. Ее внешняя оболочка со взрывом сбрасывается в окружающее пространство, а ядро коллапсирует и становится как раз одним из двух: нейтронной звездой либо черной дырой.
Самое интересное, что эти события вызывают не только временное сильное колыхание ткани Вселенной — очень слабые волны так и сохраняются «на память» о большой звезде навсегда. Явление называется гравитационно-волновой памятью. Ее, как и сами такие волны, предсказала Общая теория относительности Эйнштейна. Если можно было бы этот эффект памяти фиксировать, это не только в очередной раз подтвердило бы верность расчетов великого физика, но и позволило бы находить и изучать сами источники этих «исторических свидетельств» Вселенной.
В недавней статье для издания Physical Review Letters астрофизики из США, Швеции и Польши рассказали о разработанном ими новом способе считывать гравитационно-волновую память Вселенной. Они смоделировали «смерть» трех звезд, которые «при жизни» имели массу как почти 10, 15 и 25 Солнц. В итоге удалось составить довольно точное представление о том, какого характера гравитационные волны должны возникать в момент коллапса их ядер.
Выяснилось, что временные колебания продолжались более секунды, и это не так уж мало: гравитационная рябь от звездных слияний длится лишь доли секунды. Вечная память о сверхновой остается благодаря особому излучению нейтрино в момент вспышки и неравномерному распространению ударной волны, объяснили исследователи.
По их расчетам, теперь можно кропотливо сравнивать всевозможные «шаблоны» разнообразных гравитационных волн с реальными данными детекторов и таким образом все-таки находить во Вселенной никогда не заживающие «раны» от взрывающихся звезд. Во всяком случае, неизгладимые последствия «гибели» звезды с массой в 25 Солнц вполне можно замечать в радиусе около 30 тысяч световых лет вокруг нас.
В то же время, напомним, что в вышедшей недавно монографии физика Николай Горькавого показано: очень крупные черные дыры могут «перехватывать» гравитационные волны, наращивая свою массу на ту же величину, на которую потеряли массу объекты, когда-то испустившие эту гравитационную волну. Иными словами, часть гравиволн, которые предлагают искать авторы нового исследования, с течением времени будут поглощаться черными дырами и понемногу все же «стираться».
