Вращение галактики скрывается в гуле гравитационных волн

Фото из открытых источников

Млечный Путь стоит представить не как безмолвное звёздное колесо, а как нечто, тихо поющее. По нему разбросаны миллионы пар мёртвых звёзд, в основном белых карликов, вращающихся друг вокруг друга и вызывающих рябь в пространстве-времени. По отдельности эта рябь слишком слаба, чтобы её заметить. Вместе же она сливается в постоянный фоновый гул, и для его прослушивания создаётся европейская космическая миссия LISA.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) — космический лазерный интерферометр, который будет управлять тремя космическими аппаратами, расположенными в огромном треугольнике и измеряющими искажения пространства-времени, возникающие под воздействием гравитационных волн. Из всех сигналов, которые он надеется уловить, этот галактический гул — наиболее вероятный вариант. Почти все остальное, что может обнаружить LISA, зависит от неопределенных физических законов, но двойные системы Млечного пути определенно существуют и определенно издают характерные звуки.

Вот на какой нюанс обратили внимание два исследователя из Парижа. Гудение не одинаково во всех направлениях. Галактика асимметрична, в центре она переполнена звездами, а по краям разрежена, поэтому сигнал, естественно, сильнее в одних участках неба, чем в других. Астрономы это уже знали, но упустили из виду тот факт, что вся галактика вращается.

Звезды вращаются вокруг галактического центра с высокой скоростью 230 километров в секунду. По мере приближения к нам или удаления от нас, испускаемые ими гравитационные волны растягиваются или сжимаются, подобно тому, как меняется высота звука проходящей мимо сирены. Это эффект Доплера, то же самое явление, которое окрашивает в красный цвет удаляющиеся галактики, здесь применено к ряби в пространстве-времени. Ключевой момент заключается в том, что это смещение различно в каждом направлении по небу, поскольку каждая линия зрения проходит через разный срез вращения Галактики.

Команда впервые вывела точную формулу для этого вращательного доплеровского усиления, а затем задала острый практический вопрос. Что произойдет, если аналитики LISA забудут об этом? Используя два независимых статистических метода, они обнаружили, что ответ нежелателен. Игнорирование вращения приводит к неверной оценке свойств шума на величину, сопоставимую с точностью самого эксперимента, что искажает оценки количества двойных систем в Галактике и их массы.

Полученное решение выглядит обнадеживающе аккуратным, а учет вращения не добавляет никаких новых неизвестных, а лишь скорректированный шаблон, который аналитики уже умеют создавать, и к тому же есть заманчивый бонус. Поскольку этот гул кодирует движение Галактики, LISA однажды сможет измерить вращение Млечного Пути независимо от каких-либо обзоров звездного света, предоставив новый взгляд на его скрытую структуру из темной материи.