Два интригующих сигнала, обнаруженных на небольшом детекторе гравитационных волн, могут представлять собой любой вид экзотических явлений - от новой физики до взаимодействия темной материи с черными дырами и вибраций, наблюдавшихся в начале Вселенной. Но из-за новизны эксперимента исследователи с осторожностью относятся к заявлениям о каком-либо открытии.
Такие объекты, как Лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн (LIGO), используют гигантские детекторы, управляемые лазером, для поиска огромной ряби в структуре пространства-времени, известной как гравитационные волны. Они исходят от столкновений черных дыр и нейтронных звезд в далекой Вселенной, которые являются событиями настолько мощными, что сотрясают пространство-время и посылают волны с длинами волн, измеряемыми в сотнях километров.
Задолго до того как были построены огромные обсерватории, ученые предполагали, что гравитационные волны таких размеров существуют, потому что они знали, что черные дыры и нейтронные звезды иногда должны сталкиваться друг с другом, сказал Майкл Тобар, физик из Университета Западной Австралии в Перте, в интервью Live Science.
Но нет ни одного хорошо изученного источника гравитационных волн с более короткими длинами волн от нескольких метров до нескольких километров, добавил он. Тем не менее, "во вселенной всегда есть вещи, которых мы не ожидаем", - сказал Тобар.
В последние годы наблюдался толчок к созданию детекторов, которые могут искать эти более мелкие гравитационные волны, в том числе один, построенный Тобаром и его коллегами. Их устройство состоит из диска, изготовленного из кристаллического кварца диаметром 3 сантиметра, с резонансной камерой, которая выдает электрический сигнал всякий раз, когда она вибрирует на определенных частотах.
Тобар сравнил установку с колоколом или гонгом, который звонит с определенной высотой звука. "Если бы гравитационная волна ударила в него, она бы услышали", - сказал он. Затем звон в кристалле воспринимается электрическими датчиками как электромагнитный сигнал.
Исследователи поместили свой детектор за несколькими радиационными экранами, чтобы защитить его от фоновых электромагнитных полей, и охладили до чрезвычайно низких температур, чтобы минимизировать тепловые колебания в аппарате.
Во время 153-дневного эксперимента кристалл звонил дважды, каждый раз в течение одной или двух секунд. Выводы команды появились 12 августа в журнале Physical Review Letters.
Ученые сейчас пытаются выяснить, что вызвало эти результаты. Заряженные частицы, называемые космическими лучами, исходящими из космоса, являются одним из возможных объяснений, сказал Тобар. Он добавил, что они могли поймать ранее неизвестный тип тепловых колебаний в кристалле, которые должны были быть минимальными из-за сверхнизких температур.
Но есть также множество экзотических вариантов, таких как тип темной материи, известный как аксион, вращающийся вокруг черной дыры и испускающий гравитационные волны, написали исследователи в своей статье. По словам Тобара, многие объяснения могут потребовать ранее неизвестной физики, выходящей за рамки Стандартной модели, которая описывает почти все субатомные частицы и силы во Вселенной.
Космологи считают, что вскоре после Большого взрыва Вселенная прошла через период, называемый инфляцией, в течение которого она экспоненциально увеличивалась в размерах, сказал Франческо Муиа, физик-теоретик из Кембриджского университета в Великобритании.
В конце этой эры Вселенная, возможно, прошла через фазовый переход, вроде того, как вода переходит из жидкого состояния в газовое, когда она закипает, сказал он. Если бы это произошло, переход мог бы поместить большое количество энергии в структуру пространства-времени, генерируя гравитационные волны, которые можно было бы увидеть в этом эксперименте, сказал Муиа.
Он не думает, что сейчас есть нужные достаточные доказательства, чтобы сказать, какими были события в кристалле. Так или иначе, но он рад, что этот эксперимент и другие подобные ему появятся в ближайшем будущем.
Тобар согласился. "Было бы неплохо, если бы это были гравитационные волны, но кто знает", - сказал он.
Теперь, когда у исследователей есть эти детекторы за плечами, они могут создавать больше детекторов, подобных этому, добавил он. Если несколько устройств фиксируют один и тот же сигнал одновременно, это потенциально может указать на некие процессы во вселенной и помочь исключить внутренние помехи, такие как тепловые колебания внутри кристалла.
Первоначально опубликовано в журнале Live Science.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210920224131
Обозрение "Terra & Comp".
