Каким будет следующий взгляд на космос после 10 лет гравитационно-волновой астрономии?

За последнее десятилетие гравитационно-волновая астрономия открыла нам глаза на удивительные космические явления, такие как столкновения черных дыр и нейтронных звезд, благодаря LIGO (лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории), которая, несмотря на свой огромный вклад в астрономию, в настоящее время находится под угрозой.

LIGO — последний в длинном ряду революционных инструментов, изменивших наше представление о космосе с тех пор, как Галилео Галилей направил свой самодельный телескоп в небо в 1609 году.

Инструмент итальянского астронома помог изменить наше представление о небесных объектах, превратив их из богов в луны, планеты и звезды.

С тех пор телескопы выросли до гигантских размеров, а в некоторых случаях их запускали в космос, чтобы обеспечить максимально четкую видимость.

Рассвет астрономии за пределами видимого света

В 1932 году благодаря случайному открытию Карла Янского мир Вселенной стал по-новому виден. Молодой инженер из Bell Laboratories в США искал источник статических помех в коротковолновой трансатлантической голосовой связи. В течение нескольких месяцев он отслеживал эти помехи, медленно перемещавшиеся по небу.

Он пришел к выводу, что источником шумовых помех является центр нашей галактики Млечный Путь, находящийся за пределами нашей Солнечной системы, — так родилась радиоастрономия.

Вселенная стала гораздо более активной, когда мы взглянули на неё радиоглазом. Радиоволны невидимы для человеческого глаза, но они испускаются некоторыми из самых энергичных событий во Вселенной, такими как взрывы сверхновых, быстро вращающиеся нейтронные звёзды и сталкивающиеся галактики.

Другие приборы способны видеть в электромагнитном спектре, в рентгеновском и ультрафиолетовом свете, а такие приборы, как космический телескоп имени Джеймса Уэбба, используют инфракрасное излучение, чтобы заглянуть за пределы Вселенной и заглянуть в начало времен.

Каждый раз, когда разрабатываются новые инструменты, открываются новые аспекты вселенной.

За пределами электромагнитного спектра

В Садбери, Онтарио, Нейтринная обсерватория Садбери (SNO) обнаружила, что невидимые нейтрино, испускаемые Солнцем, проходят сквозь Землю, словно свет сквозь окно. Это открытие принесло канадскому физику Арту Макдональду Нобелевскую премию по физике в 2015 году.

Совсем недавно нейтринная обсерватория в Садбери получила обновление, которое позволило ей обнаруживать и изучать более экзотические нейтрино.

Когда Эйнштейн предсказал, что само пространство может искажаться под действием гравитационного притяжения массивных объектов, подобно ряби на поверхности пруда, если в него бросить валун, он не верил, что гравитационные волны можно будет обнаружить, поскольку они будут невероятно малыми.

Достаточно сложно представить себе размер одного атома, его крошечного ядра и ещё более мелких протонов внутри него. А теперь представьте, что вы улавливаете искажение пространства-времени, которое в 10 000 раз меньше ширины протона! Неудивительно, что Эйнштейн не верил, что мы когда-нибудь их увидим.

Благодаря многолетним исследованиям и выдающимся инженерным решениям, LIGO совершила это самое открытие в 2015 году, используя две установки, оснащенные лазерными лучами, которые разделяются и отражаются от зеркал, расположенных в четырёхкилометровых туннелях под углом 90 градусов друг к другу. Проходя через Землю, гравитационные волны вызывают растяжение ткани пространства-времени в одном направлении и сокращение в другом на невероятно малую, но измеримую величину.

Еще более примечательным является то, что эти волны возникли в результате столкновения двух черных дыр в центре галактики, находящейся на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет.

Сокращения Трампа ставят под угрозу будущую работу

Прелесть гравитационных волн в том, что они распространяются по всей Вселенной, не встречая помех со стороны облаков газа и пыли, как свет. Это новое гравитационное окно открыло сотни других событий благодаря международным усилиям LIGO и других детекторов по всему миру, таких как Virgo в Италии и детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA) в Японии.

Десятилетний юбилей LIGO приходится на горько-сладкий момент, поскольку сокращение президентом США Дональдом Трампом бюджета Национального научного фонда (NSF) на 2026 год более чем на половину может вынудить его закрыть один из двух детекторов LIGO, что может серьезно ограничить его общий охват и возможности.

Группы учёных в США и Европе уже работают над планами создания нового поколения детекторов гравитационных волн как на Земле, так и в космосе. Если они будут реализованы, они будут во много раз чувствительнее нынешних детекторов, что позволит учёным прослушивать даже самые тихие астрономические события.

Неразгаданные тайны вселенной остаются

Так какой же следующий глаз на небе ждет своего открытия?

Вокруг целых галактик есть нечто, чего мы не видим. Мы знаем об этом, потому что оно оказывает гравитационное воздействие на эти галактики, но не видно в телескопы. Пока учёные называют это тёмной материей. Никто не знает, что это такое, но она составляет примерно 25% всей материи во Вселенной.

Затем идёт тёмная энергия — таинственная сила, которая, по-видимому, ускоряет расширение Вселенной. Она составляет около 70% всей энергии и материи во Вселенной — и, опять же, мы не знаем, что это такое.

Другими словами, Вселенная, которую мы видим, составляет всего около пяти процентов от того, что на самом деле существует.

Канада находится на переднем крае решения проблемы тёмной материи: более десятка новых детекторов установлены в расширенных лабораториях SNOLAB, расположенных глубоко под землёй в Садбери. Кто знает? Возможно, мы первыми разгадаем тайну тёмной материи.

Как вы услышите в программе Quirks & Quarks на этой неделе, нам еще многое предстоит открыть.