Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://xray.sai.msu.ru/~lipunov/pops/graw/node4.html
Дата изменения: Fri Jun 16 18:36:58 2000
Дата индексирования: Tue Oct 2 09:40:43 2012
Кодировка: koi8-r
Поисковые слова: m 45

Сверхзадача

Астрономия подобна археологии. Глядя на ближайшие звезды, мы видим их такими, как они были десятки лет назад. Ближайшие галактики представляются нам моложе на несколько миллинов лет, а далекие квазары -- уже на миллиарды. Взгляд на небо - это взгляд в прошлое Вселенной. Теперь мы знаем, что было время, когда Вселенной не было.

Прорыв человека к гравитационно-волновому каналу информации можно сравнить лишь с открытием Галилея, когда он впервые повернул телескоп к звездному небу. И сравнение это будет не в пользу Галилея.

Видимый свет -- электромагнитные волны -- были доступны человеку всегда. Весь окружающий мир построен человеком в основном на зрительных ощущениях. Гигантские телескопы, построенные в конце второго тысячелетия, позволили заглянуть в такие места Вселенной, где еще нет ни человека, ни звезд, ни галактик. На расстоянии в десять миллиардов световых лет мы уперлись в непрозрачную стену -- вещество Вселенной в те времена, оказывается, было столь плотным, что совершенно непрозрачно для электромагнитных волн. Эта стена излучает так называемое реликтовое излучение, которое приходит к нам в виде радиоволн, впервые зарегистрированных в 1965 году.

Какие бы мы не строили сверхмощные телескопы в будущем, мы не сможем заглянуть дальше (и в пространстве, и во времени). Но эта стена, за которой рождаются элементарные частицы, атомы, да и сама Вселенная совершенно прозрачна для гравитационных волн. Но откуда они возьмутся, если там, за "стеной", еще нет никаких тел?

Да, действительно, звезды и галактики возникли только через сотни миллионов лет после рождения Вселенной. А до этого она представляла собой практически идеально однородное и изотропное пространство-время. Но раз галактики, а вместе с ними и звезды, и планеты, и наконец, люди появилиись, следовательно, какие-то шерховатости, способные излучать гравитационные волны, были и на ранних стадиях расширения Вселенной.

Но парадокс и красота общей теории относительности состоит в том, что космологические гравитационные волны появляются даже в абсолютно однородной, но расширяющейся Вселенной. Еще в 70-е годы советский астрофизик Л.П.Гришук доказал это математически. Это означает, что в любом случае сейчас Вселенную наполняют реликтовые гравитационные волны, рожденные в самом начале расширения. Их регистрация позволила бы понять, каким образом наше пространство-время появилось на свет. Вообщее говоря, с надеждой обнаружить космологический фон строятся современные интерферометры и планируются будущие. В первые десятилетия следующего века планируется запуск на космическую орбиту гравитационно-волновой антенны (проект LIZA).

Но возникает вопрос, не поблекнут ли космологические гравитационные волны на фоне "современного" излучения, рожденного в нашей и других галактиках?

Ведь примерно половина всех звезд Вселенной -- двойные. Вселенная кишит гравитационными волнами, а Земля буквально купается в этом гравитационно-волновом море.

В 196? году советский астроном А.Мироновский впервые попытался определить, на каких частотах сильнее всего "штормит". Оказалось, что максимальная амплитуда создается самыми тесными нормальными звездами типа W Большой Медведицы. Это звезды с периодом несколько часов находятся так близко друг от друга, что касаются своими проверхностями, и все вместе создают волнение с амплитудой порядка . Это продемонстрировало, что двойные звезды могут создать проблемы для обнаружения космологического фона. Возникла задача попытаться рассчитать полный спектр излучения двойных звезд Вселенной. Такой расчет был проведен в 1986 году советскими астрофизиками. Поскольку большинство двойных звезд пока не наблюдается, пришлось их смоделировать с учетом всех наших знаний о законах эволюции.

  
Figure 3.: Расчет гравитационно-волнового спектра, создаваемого двойными звездами нашей Галактики (Липунов и Постнов, 1986). Наклонные линии показывают предполагаемую амплитуду космологических гравитационных волн. Кроме того, показаны пределы чувствительности проектируемых лазерных интерферометров.

Оказалось, что главный вклад вносят двойные звезды нашей Галактики. При этом они перекрывают космологический фон в широком диапазоне частот -- от до Герц. Однако наша галактика плоская, и на гравитационно-волновом небе она выглядит премерно также, как и на эклектромагнитном небе (Рис. ) -- в виде своеобразного гравитационно-волнового Млечного Пути.

  
Figure 4.: Гравитационно-волновой фон, создаваемый двойными звездами нашей и ближайших галактик (Липунов, Назин, Панченко, Постнов и Прохоров, 1995). Показана амплитуда фона от галактических координат. Расчет проведен с помощью специальной компьютерной программы "Машина Сценариев" (см. статью "Искусственная Вселенная").

Вдали от плоскости галактики главный сигнал будут давать двойные звезды далеких галактик, распределенные по небу достотачно равномерно. Тем не менее, на краях спектра есть определенные окна, в которые можно увидеть реликтовый фон. И это оставляет надежду на то, что мы когда-нибудь узнаем, как родилась наша Вселенная.

Для детектирования таких низкочастотных волн необходимы интерферометры с гигантской базой, которые нужно строить в космическом пространстве. В проекте LISA (Laser Interferometer Space Antenna) предполагается запустить в солнечную систему несколько космических аппаратов, которые составят гигантский лазерный интерферометр с плечем несколько миллионов километров.

  
Figure 5.: Проект космического гравитационно-волнового интерферометра LIZA.

Возможно, тогда мы узнаем как появилась наша Вселенная. А пока будем в ней жить.

Владимир Михайлович Липунов, доктор физико-математических наук, профессор кафедры астрофизики и звездной астрономии физического факультета МГУ. Научные интересы: астрофизика релятивистких звезд -- нейтронных звезд, белых карликов и черных дыр. Автор более 100 научных работ, научных монографий и популярных книг, соавтор сборника задач по астрофизике.