За останнє століття низка знову винайдених телескопів дозволила нам відтворити історію Всесвіту. На скільки точну - покажуть подальші спостереження, але ми вже в змозі висувати теоретично обґрунтовані гіпотези, що пояснюють як минуле, так і майбутнє матеріального світу, в якому живемо.
Нині запускається абсолютно новий клас телескопів: гравітаційні телескопи, які вимірюють хвилі в самій тканині простору-часу.
Такі телескопи надзвичайно складно і дорого побудувати. Тому деякі вчені пропонують використовувати Місяць, щоб зазирнути в далекі витоки нашого Всесвіту.
Астрофізика і космологія повністю засновані на спостереженнях за допомогою телескопів, що реєструють хвилі від віддалених об'єктів. Так, рентгенівські телескопи виявляють чорні діри і обертові нейтронні зірки, що пронизують простір лютими пучками високої енергії. Ультрафіолетові та видимі хвилі показують життєвий цикл зірок і розширення Всесвіту.
Такі прилади, як "Хаббл", створюють інфрачервоні фотографії, що дають змогу зазирнути глибоко в туманності та виявити гарячі екзопланети.
Мікрохвильове випромінювання дає змогу визначити вік Всесвіту. Такого роду вимірювання охоплюють великий спектр електромагнітних хвиль, кожна з яких має одну і ту ж базову структуру.
Гравітаційні хвилі
Гравітаційно-хвильова астрономія вимірює пульсації в самому просторі-часі. На відміну від більшості галузей електромагнітної астрономії, ГВ-астрономія надзвичайно молода.
Перші гравітаційні хвилі були виявлені у 2015 році. Вони виникли в результаті інспірації, злиття і вимкнення двох чорних дір, що зіткнулися мільярд років тому.
Збурення в просторі-часі, яке досягло Землі, було всього лише близько однієї тисячної ширини протона, і все ж Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) змогла його побачити. Це вражаюче досягнення одразу ж отримало Нобелівську премію з фізики.
Не всі гравітаційні хвилі однакові
Це перше відкриття - лише верхівка айсберга. Гравітаційні хвилі різної частоти, величини і форми поширюються по всьому Всесвіту.
Подібно до того, як виникають сигнали в усьому електромагнітному спектрі, з'являється і широкий спектр різноманітних сигнатур ГВ. Тут ми підходимо до нової роботи, опублікованої минулого тижня в журналі Physical Review Letters.
У статті наголошується, що певний діапазон частот ГВ - приблизно мікрогерц (або один пік хвилі на мільйон секунд) - може бути використаний, крім іншого, для обмеження так званого стохастичного гравітаційно-хвильового фону. Це фоновий шум сигналів ГВ, що складається зі слабких, випадкових хвиль різних типів, перемішаних разом. Він схожий на статичний звук відбудованого радіоприймача або на мерехтливе зображення сірого снігу на аналоговому телевізорі без вхідного сигналу.
Вимірювання рівня цього фонового шуму дасть змогу побачити космологічні фазові переходи першого порядку. На самому початку історії Всесвіту в маленькому об'ємі містилося так багато енергії, що частинки і сили, які ми знаємо сьогодні, ще не могли існувати.
У міру охолодження і розширення Всесвіту могли відбутися ще кілька фазових переходів, достатніх для того, щоб відомі нам сьогодні частинки сконденсувалися й охололи - подібно до того, як краплі води конденсуються з туманного повітря.
Потім новоутворені частинки почали взаємодіяти під керівництвом чотирьох фундаментальних сил, на яких, мабуть, тримається сучасний Всесвіт.
Проходження цього фонового шуму ГВ може бути виявлено в дуже малих відхиленнях орбіт небесних тіл. У статті пропонуються три набори орбітальних тіл, які можна досліджувати для аналізу сигналів ГВ, які вони шукають.
Ретровідображення
Щоб виміряти відстань до небесного об'єкта, вчені запускають лазерний імпульс з поверхні Землі в космос. Фотони, що випускаються лазером, летять прямою лінією зі швидкістю світла, поки не зіткнуться з чим-небудь. Якщо вони відбиваються назад, ми можемо виміряти час, витрачений на подорож: розділіть цей час на c, і ви отримаєте пройдену відстань. Розділіть ще раз навпіл, і це буде відстань до небесного об'єкта.
На Місяці знаходяться п'ять відбивачів, встановлених астронавтами "Аполлона". Це ретрорефлектори, спеціально розроблені і ретельно оброблені, щоб відбивати світло назад у тому ж напрямку, звідки воно прийшло.
Подорож на Місяць, що зайняла в астронавтів три дні, вимагає від фотона трохи більше однієї секунди. За допомогою цих світловідбивачів відстань між Землею і Місяцем безперервно вимірювали з точністю до одного дюйма протягом 50 років.
LAGEOS - це штучна сфера, запущена на орбіту в 1970-х роках, поверхня якої прикрашена 426 світловідбивачами. Це надзвичайно простий супутник, який не потребує ні рухомих частин, ні джерела енергії, ні зв'язку. Єдине завдання LAGEOS - відбивати.
У статті передбачається, що якщо відстань Місяця від Землі може бути виміряна з точністю до 0,1 мм, то ми здатні побачити флуктуації, які здатні виявити шумовий фон ГВ у Всесвіті, який остигає. Автори вважають, що таке вимірювання, найімовірніше, можливе за допомогою сьогоднішньої технології.
Нещодавня пропозиція зі створення нового телескопа, здатного проводити такі ж вимірювання, передбачає сузір'я з шести космічних апаратів, розташованих на відстані сотень мільйонів миль один від одного. Але навіщо її будувати, якщо у нас є Місяць?
За матеріалами Big Think
