Магнитосфера Земли может быть использована в качестве обсерватории гравитационных волн
Одна из задач гравитационно-волновой астрономии — расширить свои возможности за пределы наблюдений за слияниями звездных масс. При столкновении двух черных дыр или нейтронных звезд выделяется огромное количество гравитационной энергии, но даже ее трудно обнаружить. Гравитационные волны не имеют сильной связи с большинством материи, поэтому для их наблюдения требуется огромное количество чувствительных приборов. Но нам это удается все лучше, и есть несколько предложений, которые надеются продвинуть наши наблюдения еще дальше. Одним из примеров этого является недавнее исследование, в котором рассматривается использование магнитосфер Земли и Юпитера.
Наблюдение высокочастотных гравитационных волн является одним из святых граалей гравитационно-волновой астрономии. Согласно стандартной модели космологии, эти высокочастотные волны должны были возникнуть в ранний период большого взрыва, в частности, в результате инфляционного периода. Таким образом, они могли бы предоставить подробные свидетельства как ранней инфляции, так и космической эволюции. Но в настоящее время эти гравитационные волны слишком слабы и случайны, чтобы их можно было отличить от фонового шума.
Поэтому в новой работе рассматривается возможность их косвенного наблюдения. Хотя высокочастотные гравитационные волны слабы, они взаимодействуют с материалом, через который проходят, сжимая и слегка изгибая его. Это относится не только к материи, но и к магнитным полям. Когда гравитационная волна проходит через магнитное поле, сжатие и изгиб смещают магнитное поле, что может привести к появлению фотонов. Поэтому команда задалась вопросом, как это может происходить при прохождении через достаточно сильные магнитные поля, такие как магнитосферы Земли и Юпитера.
И Земля, и Юпитер обладают мощными магнитосферами. Магнитосфера Земли — это часть причины, по которой мы защищены от таких явлений, как солнечные вспышки. Команда рассчитала спектр и интенсивность фотонов, которые могут быть произведены магнитосферами Земли и Юпитера, и результаты оказались обнадеживающими. На самом деле, нынешние спутники Земли потенциально могут улавливать некоторые из этих фотонов, как и космический аппарат Juno, вращающийся вокруг Юпитера. Но поскольку эти космические аппараты никогда не были предназначены для наблюдения за такими вещами, у них нет возможности отличить сигналы от фонового радиошума.
Однако исследование показывает, что наблюдение за эффектами высокочастотных гравитационных волн может быть возможным. Если мы запустим специально разработанные космические аппараты на орбиту вокруг Земли и Юпитера, мы сможем обнаружить фотоны, вызванные гравитацией. Более того, объединив наблюдения с Земли и Юпитера, астрономы смогут точно определить источники гравитационных волн, так как между обнаружением на Земле и Юпитере существует временная задержка.
Это захватывающее время для астрономов, изучающих гравитационные волны. Эта область все еще находится в зачаточном состоянии, но она быстро развивается. И такие исследования, как это, показывают, что мы даже не приблизились к пределам того, что мы можем когда-нибудь наблюдать.