Стеж за плазмою. Фізики знайшли несподіваний спосіб дізнатися, як з’явився Всесвіт

Проте нещодавно в космології з’явився новий спосіб вивчення того, що відбувається навколо нас — гравітаційні хвилі. Це брижі у тканині простору-часу, спровоковані найпотужнішими космологічними подіями, як то злиття чорних дір чи поглинання чорною дірою масивної зірки. Якщо дуже спростити, то їх можна порівняти з хвилями, які розходяться після того, як у воду падає камінь.

Завдяки гравітаційним хвилям вчені можуть вивчати події, які відбувалися у далекому минулому та на величезній відстані від нас. Так, потужна гравітаційна взаємодія запускає «вібрацію», що проходить крізь увесь простір-час. Фіксуючи подібні сигнали, дослідники можуть за їхньою формою та частотою визначати, які саме об'єкти брали участь в «аварії», їхню масу, а також відстань від Землі.

Проте насправді гравітаційні хвилі виникають постійно, від будь-якої взаємодії кількох космічних об'єктів. Наприклад обертання Землі навколо Сонця… чи розширення Всесвіту за мікросекунди після Великого вибуху.

Річ у тім, що вловлювати ці космічні сигнали не так просто. Сучасні детектори гравітаційних хвиль доволі обмежені у своїй чутливості через те, що це поле досліджень є відносно новим. Тому вченим потрібно або чекати на появу оновлених детекторів, або шукати альтернативу.

З останнім, як виявилося, може допомогти плазма.

Раніше фізики займалися дослідженням термоядерного синтезу — процесу, який живить Сонце та інші зірки. Завдяки роботі цих «природних реакторів» у світі з’явилися хімічні елементи, які відіграли важливу роль у виникненні життя на Землі.

Вчені вже давно мріють знайти спосіб стабільно отримувати енергію від термоядерної реакції на Землі, адже це — чисте паливо, яке може врятувати світ від енергетичної катастрофи.

Команда Гарга займалася тим, що розраховувала, як саме електромагнітні хвилі рухаються крізь плазму під час роботи термоядерних установок — токамаків та стелараторів.

Дослідження під керівництвом індійського фізика з Прістонського університету Діпена Гарга показало, що рух електромагнітних хвиль крізь плазму дуже схоже на те, як гравітаційні хвилі рухаються крізь космос. «Фактично ми використовуємо механізми плазмових хвиль для розв’язання проблеми гравітаційних хвиль», — пояснює Гарг.

Найцікавішим є те, що їхнє відкриття сталося доволі випадково — Гарг є аспірантом і отримав «завдання на розв’язання простої задачі» від свого наукового керівника.

У підсумку вчені створили формули, які в теорії можна використати не тільки для фізики плазми, але й на набагато більших масштабах — у космосі. Дослідження показало, що коли гравітаційні хвилі проходять крізь матерію (наприклад, інші зірки чи міжзоряний газ), вони створюють світло, характеристики якого залежать від густини цієї матерії.

Проаналізувавши це світло, у вчених є можливість виявити гравітаційні хвилі, які на цей час виходять за межі наших детекторів. На додаток, потенційно це дослідження відкриває перспективу створення нового підходу до вивчення різних властивостей зірок, що знаходяться за мільйони світлових років від Землі.

Доволі несподівано навіть для себе, вчені відкрили альтернативний спосіб вивчення Всесвіту. У майбутньому вони планують продовжити працювати над цією концепцією та вдосконалити її, щоб випробувати її на практиці.