Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва загорелись первые звезды — буквально момент «да будет свет» для Вселенной. Эти гиганты, известные астрономам как звезды третьего поколения (Pop III), сильно отличались от звезд, известных нам сегодня. Они образовались из чистого водорода и гелия, практически без «металла» (то есть других элементов), сдерживающих их рост. Они также были огромными, достигая размеров в десятки и сотни раз превышающих Солнце. И они умирали молодыми, во многих случаях коллапсируя в самые ранние черные дыры Вселенной. Некоторые из этих черных дыр даже объединялись, в конечном итоге сталкиваясь друг с другом и создавая гравитационные волны, которые, если у нас будут достаточно чувствительные приборы, мы потенциально сможем обнаружить.
Новое исследование, проведенное астрофизиком Н.В. Кришненду из Бирмингемского университета и его коллегами, показывает, как много мы можем узнать о них с помощью нового набора гравитационных детекторов, которые скоро будут введены в эксплуатацию.
Современные обсерватории гравитационных волн, такие как LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, доказали свою высокую эффективность. Они зарегистрировали около 400 событий, первое из которых произошло всего около одиннадцати лет назад. Однако их возможности ограничены расстоянием, что также означает время, когда речь идёт о пространстве. Из-за ограничений на высокие частоты они могут наблюдать только события за последние 8 миллиардов лет. Всё ещё впечатляюще, но недостаточно для получения каких-либо данных о звёздах третьей популяции.
На сцену выходят новички. Два проекта готовы взять на себя новый этап гравитационно-волновой астрометрии. Cosmic Explorer (CE), базирующийся в США, представляет собой планируемый L-образный объект, похожий на LIGO, с «рукавами», простирающимися на 40 км в поперечнике. Телескоп Эйнштейна (ET), с другой стороны, — это планируемый подземный комплекс на Сардинии, построенный в виде треугольника длиной 10 км.
Хотя новые обсерватории, как ожидается, будут очень мощными, определить, как выглядела бы черная дыра в начале Вселенной, довольно сложно. Гравитационная волна, распространявшаяся около 14 миллиардов лет назад, к моменту достижения Земли растянулась бы в 19 раз из-за расширения самой Вселенной. Это не только приводит к тому, что черные дыры кажутся более массивными, но и снижает частоту их сигнала. Например, пара черных дыр массой в 30 солнечных масс, слившихся тогда, выглядела бы для наших детекторов как гигантская двойная черная дыра массой в 1100 солнечных масс.
Это не первая статья, указывающая на это, и не первая попытка выяснить, насколько хорошо новые детекторы справятся с обнаружением этих древних слияний. Предыдущие исследования часто опирались на математическую модель, называемую матрицами Фишера, чтобы предположить, смогут ли новые телескопы определить свойства очень раннего слияния черных дыр. В новой статье, с другой стороны, была смоделирована реалистичная группа звезд типа III популяции, и использованы байесовские суперкомпьютерные симуляции для проверки того, насколько хорошо комбинация ET и CE может определить свойства слияний, произошедших более 13,54 миллиарда лет назад.
Всё сводится к частоте. Исследователи смоделировали два детектора — один, способный измерять колебания на частоте 10 Гц, и более амбициозный, способный работать на частоте до 5 Гц. Хотя разница в 5 Гц может показаться незначительной, для гравитационных волн это огромная разница. Детектор, способный работать на частоте 10 Гц, мог бы обнаружить только последние секунды «спирали» — смертельной спирали, когда две чёрные дыры фактически соприкасаются и вибрируют друг с другом, известной как «затухание». Детектор, работающий на частоте 5 Гц, с другой стороны, мог бы зафиксировать часть внутренней спирали достаточно рано, чтобы проследить несколько полных орбитальных циклов, прежде чем они столкнутся друг с другом — огромная разница с точки зрения понимания свойств этих слияний и позволяет астрономам убедиться, что они не путают эти искажённые первичные сигналы с более обыденными, расположенными поблизости чёрными дырами.
Еще одним преимуществом этих симуляций является то, что детекторы, по-видимому, способны измерять физическую массу этих древних черных дыр с точностью до 12% от их фактического физического веса. Эта функция будет чрезвычайно полезна, поскольку физики в настоящее время ведут дискуссию о том, почему сверхмассивные черные дыры вообще существовали на столь ранних этапах космической истории. Определение их точного веса поможет ученым понять, как именно они выросли до таких размеров, или же их измерения были в какой-то степени искажены.
Третья особенность моделирования заключается в том, что новый набор детекторов должен позволить точно определить местоположение этих сливающихся двойных систем с точностью до 60 квадратных градусов — по крайней мере, в 60% случаев. Сочетание этой локализации с информацией, полученной с помощью гигантских радиотелескопов, таких как Square Kilometer Array (SKA), позволит ученым связать воедино черные дыры и другие космологические особенности, такие как нейтральный водород, перемещающийся по Вселенной.
Следует признать, что весь этот потенциал для научных исследований зависит от двух еще не построенных детекторов, расположенных в совершенно разных частях света. Каждый из них представляет собой набор инженерных задач, которые еще предстоит преодолеть. Но если это удастся, у нас, как у вида, появится первое ясное окно в последние вздохи звезд, подаривших нам первый свет.
Летучие мыши из Аризоны несут генетическое наследие, насчитывающее тысячи лет
В пещере в Аризоне пятнистые летучие мыши имеют общую материнскую ДНК с летучими мышами, погибшими там 2100 лет назад, а большая часть их разнообразия обитает на юго-западе страны. Результаты нового…
Рядом со знаменитой доисторической «Пещерой Венеры» могут быть скрытые камеры
Исследователи обнаружили признаки скрытых полостей под землей недалеко от Гротта делле Венери, доисторической пещеры на юге Италии. Эти подземные образования могут представлять собой новые участки пещеры. Некоторые из них также…
Новый «суперлёд» в 10 раз прочнее, что приближает его к прочности бетона
Во время Второй мировой войны британский Королевский флот экспериментировал с идеей использования льда, армированного древесной целлюлозой, для строительства авианосца. Композитный материал, известный как пикрет, по-видимому, был таким же прочным, как…
Повреждение школы в Калужской области и 604 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства противовоздушной обороны в течение ночи сбили 604 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Школа, два частных дома и один автомобиль получили повреждения в результате атаки дронов…
Поражены предприятия ВПК, логистические центры и объекты ж/д инфраструктуры. Удары ВС РФ по объектам на Украине
Российские войска в ходе ночных групповых ударов поразили предприятия военно-промышленного комплекса, логистические центры, а также объекты железнодорожной и портовой инфраструктуры Украины. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное…
В Хиросиме нашли неизвестные киноматериалы о последствиях атомных бомбардировок
Неизвестные ранее киноматериалы, на которых запечатлены последствия американских атомных бомбардировок, обнаружены в Библиотеке визуальной культуры города Хиросима. Об этом объявила администрация этого учреждения. Найденные материалы были отсняты по указанию американских…
Европа заявила о предательстве со стороны США в войне до последнего украинца
Дизельная сделка США и РФ привела европейцев в состояние шока. Украина и лидеры ЕС недовольны готовн...
Замерзший объект за Юпитером превращается в комету
Замерзший объект за Юпитером выбрасывает в космос углекислый газ, что указывает на причины активност...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".