Радіотелескопи, призначені для досліджень реліктового випромінювання, можуть стати інструментом для виявлення високочастотних гравітаційних хвиль. Ці хвилі несуть інформацію про процеси, що відбувалися в ранньому Всесвіті і їх не можна зареєструвати за допомогою LIGO і схожих інтерферометрів. Стаття опублікована в журналі.
Гравітаційні хвилі - обурення гравітаційного поля, що поширюються подібно ряби на воді. Вони можуть долати величезні відстані, не взаємодіючи з речовиною, тому вони служать цінним джерелом інформації про різні події, в результаті яких народилися. Це можуть бути злиття нейтронних зірок і чорних дір, останні стадії колапсу зоряних ядер. Вперше гравітаційні хвилі були зареєстровані детектором LIGO в 2015 році, і причиною їх народження стало якраз злиття двох чорних дір.
LIGO, а також інші детектори гравітаційних хвиль, такі як Virgo і KAGRA, - це лазерні інтерферометри. Принцип їх дії заснований на інтерференції світла з різних прапорів інтерферометра. Прилад налаштований таким чином, щоб в результаті інтерференції виходив нуль. Якщо з'являється ненульовий сигнал, значить, гравітаційна хвиля розтягнула або стиснула одне з інтерферометра.
LIGO, Virgo і KAGRA найбільш чутливі до гравітаційних хвиль в діапазоні частот приблизно від 10 герц до 10 кілогерц - величезна частина спектру гравітаційних хвиль залишається для них невидимою. Це означає, що ми не можемо отримати інформацію про деякі процеси, наприклад, тих, що відбувалися незабаром після Великого вибуху.
Валері Домке (Valerie Domcke) з ЦЕРНу і Каміло Гарсія-Селі (Camilo Garcia-Cely) з прискорювального центру DESY запропонували реєструвати гравітаційні хвилі за допомогою радіотелескопів. В основі їхнього методу лежить ефект Герценштейна. Він полягає в тому, що при проходженні через сильне магнітне поле гравітаційні хвилі перетворюються на фотони, і навпаки. Вчені вже шукали цей ефект у надпровідниках. Автори роботи показали, що його можна побачити і в космічних масштабах.
Перетворення гравітаційних хвиль на фотони призводять до спотворень у реліктовому випромінюванні. Його ще називають фоновим, тому що це теплове випромінювання рівномірно заповнює Всесвіт. За даними про спотворення можна виявити високочастотні гравітаційні хвилі (з частотою порядку від одного мегагерца до одного гігагерца).
Джерела цих хвиль були активні до реіонізації, в період Темних століть або навіть раніше. Тобто, близько 13,3 мільярдів років тому. Хвилі від таких джерел не можна зареєструвати за допомогою інтерферометрів. Дослідники використовували радіонапостереження реліктового випромінювання, щоб вирахувати, гравітаційні хвилі якої амплітуди можна зареєструвати новим способом. Вони взяли дані двох радіотелескопів: EDGES и ARCADE2.
Амплітуда гравітаційних хвиль - безрозмірна величина, рівна відношенню розтягнень і стиснень пробних мас відносно один одного. Отримані значення відрізняються залежно від передбачуваної магнітної індукції космічного магнітного поля. Для слабких полів (близько 10-18 гауссу) зміщення гравітаційного поля, які можна помітити за допомогою радіотелескопа, склали 10-12 і 10-14 (для EDGES і ARCADE2 відповідно). Це означає, що чутливість методу нижча, ніж при детектуванні інтерферометрами. Але якщо прийняти, що індукція магнітних полів в космосі вище (близько 10-12 гаусса), ці значення становлять вже 10-21 і 10-24.
Спостереження за високочастотними гравітаційними хвилями можуть дати вченим можливість вивчити явища, що відбувалися в дуже молодому, гарячому Всесвіті.
Про те, чому так складно побудувати детектор, здатний засікти коливання простору, викликані гравітаційними хвилями, можна прочитати в матеріалі «Тонше протона».