|
Обнаружили ли слияние звезд темной материи
|
|
|
|
Гравитационные волны — это рябь в ткани пространства-времени, которая распространяется со скоростью света. Они возникают в результате некоторых самых жестоких событий во Вселенной, таких как слияние черных дыр, сверхновые или сам Большой взрыв. С момента своего первого обнаружения в 2015 году и после трех запусков наблюдений детекторы Advanced LIGO и Virgo обнаружили около 100 таких волн. Благодаря этим наблюдениям мы начинаем раскрывать информацию о популяции черных дыр в нашей Вселенной, изучать гравитацию в ее наиболее экстремальном режиме и даже определять образование таких элементов, как золото или платина, во время слияния нейтронных звезд. Детекторы LIGO и Virgo — это не что иное, как самые точные линейки, когда-либо созданные человечеством, способные измерять тонкое сжатие и растяжение пространства-времени, производимое гравитационными волнами.
|
|
|
|
Обнаружение волн и определение их источников основано на сравнении данных детектора с теоретическими моделями или «шаблонами» волн, излучаемых каждым типом источника. По сути, именно так знаменитое приложение Shazam сообщает нам подробности (название, автор, год) музыки, играющей в баре. Хотя существует несколько способов расчета шаблонов гравитационных волн, наиболее точным (а иногда и единственным) является чрезвычайно точное численное моделирование, выполняемое на некоторых из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Однако есть одна оговорка: большинство численных моделей выводят не величину, которую считывают детекторы, известную как деформация, а ее вторую производную, известную как скаляр Ньюмана-Пенроуза.
|
|
|
Это заставляет ученых выполнять двукратные интегралы по результатам моделирования. Доктор Исаак Вонг, один из руководителей исследования из Китайского университета Гонконга, объясняет: «Хотя получение интегралов может показаться простым, эта операция подвержена хорошо известным ошибкам, с которыми мы можем справиться только для довольно простых источников, таких как слияние черных дыр на круговых орбитах, которые до сих пор обнаруживали LIGO и Virgo. Более того, сделать это непросто, требуя некоторой ручной настройки, которая требует человеческого выбора». В недавней работе, опубликованной в журнале Physical Review X, группа под руководством доктора Хуана Кальдерона Бустильо, «младшего лидера La Caixa» и «стипендиата Марии Кюри» из Галицкого института физики высоких энергий (Испания), и доктора Исаака Вонга из Китайский университет Гонконга предложил перевернуть методы проведения гравитационно-волнового анализа с момента его создания. Вместо того, чтобы брать интегралы в своих симуляциях, авторы предлагают брать производные по данным детектора, оставляя при этом свои симуляции нетронутыми.
|
|
|
|
Доктор Кальдерон-Бустильо объясняет: «Хотя эта настройка может показаться довольно тривиальной, она имеет большие преимущества. Во-первых, это значительно упрощает процесс получения шаблонов, которые можно сравнить с данными LIGO-Virgo. Самое главное, теперь мы можем сделайте это безопасно для любого источника, который могут моделировать суперкомпьютеры». Фактически, команда уже давно заинтересована в изучении возможности того, что некоторые из нынешних сигналов могут быть связаны с чем-то более экзотическим и загадочным, известным как бозонные звезды. Доктор Санчис-Гуаль, соавтор исследования из Университета Валенсии, говорит: «Бозонные звезды ведут себя очень похоже на черные дыры, но они фундаментально отличаются, поскольку у них отсутствуют два наиболее отличительных (и несколько проблематичных) аспекта черной дыры. дыры: их невозвратная поверхность, известная как горизонт событий, и сингулярность внутри, где законы физики нарушаются».
|
|
|
|
Хотя команда знала, как моделировать эти источники на суперкомпьютерах, «у нас были серьезные проблемы с пониманием того, как преобразовать результаты нашего моделирования во что-то, что мы могли бы сравнить с данными детектора, из-за хорошо известных проблем. Идея получения производных от данные сделали все чрезвычайно простым», — говорит профессор Алехандро Торрес, также из Университета Валенсии. В качестве первого применения своей новой техники в отдельной работе, опубликованной в журнале Physical Review D, команда сравнила некоторые гравитационно-волновые события, наблюдаемые LIGO и Virgo, с большим каталогом моделирования слияний бозонов и звезд. «Если слияния бозонных звезд существуют, они могли бы объяснить, по крайней мере, часть того, что мы знаем как темную материю», — говорит профессор Карлос Эрдейро из Университета Авейру.
|
|
|
|
Фактически, команда обнаружила, что одно из самых загадочных событий, наблюдаемых на сегодняшний день, известное как GW190521, действительно соответствует такому моделированию. Это подкрепляет аналогичный результат, полученный командой в 2020 году, полученный с использованием значительно меньшего каталога. Самсон Леонг, аспирант Китайского университета Гонконга, участвовавший в обоих исследованиях, говорит: «Очень интересно видеть, что GW190521 согласуется со слиянием бозонов и звезд. Это не подчеркивает потенциальную роль этих экзотических объектов в будущее гравитационно-волновой астрономии». Профессор Тьонни Ли из К.У. Левен добавляет: «Этот результат также демонстрирует силу нашего нового подхода. Просто взяв производные, мы открыли более широкое окно для исследования и понимания космоса с помощью гравитационных волн».
|
|
|
|
Источник
|
