Новый метод поиска гравитационных волн в 1000 раз более чувствителен

Новый метод поиска гравитационных волн в 1000 раз более чувствителен

Физики изобрели метод поиска гравитационных волн, который в 1000 раз чувствительнее действующего аналога. Технология позволит расслышать «гравитационный шёпот» ста тысяч слияний чёрных дыр в год. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review X Рори Смитом (Rory Smith) и Эриком Трейном (Eric Thrane) из Университета Монаша в Австралии. С препринтом работы можно также ознакомиться на сайте arXiv.org.

Смит и Трейн входят в группу исследователей, благодаря которой впервые в истории гравитационные волны были обнаружены (в 2015 году), а в 2017 году был впервые зарегистрирован гравитационный всплеск от слияния нейтронных звёзд. Напомним, что с момента первого открытия земные детекторы зафиксировали ещё только пять таких событий.

Между тем, по оценкам специалистов, каждые 2–10 минут в видимой Вселенной происходит слияние чёрных дыр, порождающее гравитационные волны. Но действующие детекторы их не фиксируют.

«Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, насколько слабы гравитационные волны и какие трудности приходится преодолевать при их регистрации. Напомним, что детектор должен уловить колебания зеркал, амплитуда которых примерно в тысячу раз меньше радиуса протона.

При таких требованиях к чувствительности источником проблем становится даже тепловое движение молекул в деталях инструмента. Ничего удивительного, что удаётся зафиксировать лишь самые мощные события, которые происходят несколько раз в год. Все остальные принятые волны тонут в шуме.

Таким образом, фоновый сигнал детектора складывается из двух компонентов. Первый – многообразные шумы, неизбежные в любой экспериментальной установке. А вот второй – мешанина гравитационных всплесков от ежеминутно сливающихся чёрных дыр, каждый из которых слишком слаб, чтобы можно было выделить отдельное событие.

Смит и Трейн придумали сложный математический алгоритм, который поможет выделить из посторонних шумов этот «гравитационный шёпот». Правда, даже в этом случае невозможно будет разделить его на отдельные события, назвать массу каждой пары столкнувшихся чёрных дыр и расстояние до неё. Но статистическая информация о легионах таких столкновений тоже предоставит интересную информацию о Вселенной.

«Измерение гравитационно-волнового фона позволит нам исследовать популяции чёрных дыр на огромных расстояниях. Когда-нибудь техника может позволить нам увидеть гравитационные волны от Большого взрыва, скрытые за гравитационными волнами от чёрных дыр и нейтронных звёзд», – делится Трейн оптимистичными прогнозами в пресс-релизе университета.

Исследователи уже протестировали свой алгоритм на искусственной имитации наблюдательных данных и убедились, что он работает как надо. Достигая заявленной чувствительности, по которой метод в тысячу раз превосходит действующие технологии, он вместе с тем даёт достаточно мало ложных срабатываний.

На очереди обработка реальных данных с детектора LIGO. Для этого учёным будет предоставлен суперкомпьютер OzGRav стоимостью четыре миллиона долларов, в марте этого года запущенный в Технологическом университете Суинберна, Австралия.

Напомним, что ранее мы также писали об искусственном интеллекте, призванном искать гравитационные волны, и о том, как детекторы зафиксировали слияние самых лёгких чёрных дыр за всю историю наблюдений.

17:09