Ми ніколи не думали про це раніше. Фізики придумали революційний спосіб пошуку інопланетних космічних кораблів

Існування гравітаційних хвиль було передбачено понад сто років тому Альбертом Ейнштейном. Це брижі у тканині простору-часу, спровоковані найпотужнішими космологічними подіями, як то злиття чорних дір чи поглинання чорною дірою масивної зірки.

Якщо максимально спростити, то ці сигнали можна порівняти зі звичайними хвилями, що виникають після падіння каменю, який кинули у воду та «вібрацією», яка проходить космосом крізь увесь простір-час. Вплив гравітаційних хвиль на Землі відчути неможливо — наша планета занадто маленька, щоб їхня дія хоч якось вплинула на неї. Проте зафіксувати їх ми можемо — і це дає нам небачені досі можливості.

Злиття двох чорних дір породжує гравітаційні хвилі

Фіксуючи гравітаційні хвилі, дослідники можуть за їхньою формою та частотою визначати, які саме об'єкти брали участь в «аварії», їхню масу, а також відстань від Землі. За останні кілька років гравітаційні хвилі стали справжньою революцією для дослідників космосу, адже вони допомагають нам відстежувати події, про які раніше ми могли лише читати у науковій фантастиці. Деякі вчені навіть розраховують, що колись завдяки гравітаційним хвилям нам вдасться зловити один із найтаємничіших компонентів Всесвіту — темну матерію.

Докази існування таких сигналів ми отримали лише у 2015 році, коли детектори двох обсерваторій — американської LIGO та італійської VIRGO вловили гравітаційно-хвильовий сплеск GW150914. Пізніше було встановлено, що цей сигнал з’явився після злиття двох чорних дір, а автори відкриття у 2017 році отримали Нобелівську премію з фізики.

З того часу у нас також з’явився японський підземний детектор KAGRA, а невдовзі Європейське космічне агентство планує запустити першу космічну гравітаційно-хвильову обсерваторію LISA, яку вчені з Applied Physics також згадують у своїй роботі.

Як гравітаційні хвилі допоможуть знайти позаземну цивілізацію?

Існування життя десь за Землею — це, безумовно, одне із найцікавіших наукових питань, а його розв’язання буде чи не найважливішим відкриттям останнього часу. Однак попри величезну кількість досліджень, суттєвих проривів у цьому напрямку поки що немає.

Учені пропонують різні методи пошуку інопланетян, і деякі з них дійсно більше нагадують наукову фантастику, а не реальні методи дослідження космосу. Наприклад, команда тайванських вчених пропонують шукати сфери Дайсона — гіпотетичні зоряні електростанції, які можуть живити позаземну цивілізацію. Були й інші цікаві пропозиції — наприклад, використати Сонце чи інші зірки як природні телескопи, які дозволять вченим подивитися туди, куди не дістає наша техніка.

Нещодавно міжнародна група вчених написала статтю, у якій вони пропонують використовувати детектори гравітаційних хвиль — зокрема LIGO — для пошуку позаземних космічних кораблів. Вони впевнені, що гравітаційно-хвильові обсерваторії зможуть помічати інопланетні апарати, які будуть подорожувати Чумацьким шляхом. Проте для цього потрібно, щоб ці космічні кораблі або були достатньо масивними, або використовували варп-двигуни.

За словами Джанні Мартіре, генерального директора наукової групи Applied Physics, якщо космічний іншопланетної цивілізації масою як Юпітер летітиме зі швидкістю 10% від швидкості світла, він спотворюватиме гравітацію настільки, що ці сигнали зможуть зафіксувати наші детектори гравітаційних хвиль.

Усі детектори, що працюють зараз обмежені у своїй чутливості та можуть фіксувати гравітаційні хвилі лише від найпотужніших космічних подій. Цим і пояснюється нереалістична (на наш погляд) вага космічного корабля, яка має дорівнювати масі найбільшої планети Сонячної системи.

Проте подальша модернізація детекторів, яка проходить у наші дні, дозволить їм ловити менш «гучні» події, завдяки чому ідея дослідників з Applied Physics не виглядає такою фантастичною. У майбутньому ці обсерваторії зможуть фіксувати менші хвилі, які будуть створюватися прискоренням значно менших апаратів.

Свою систему виявлення вчені назвали RAMADAR на честь вигаданого космічного корабля з роману Артура Кларка Побачення з Рамою. Проте тут також захований ключ до того, як дослідники планують шукати ці загадкові космічні кораблі — швидкі та/або космічні кораблі, які сильно прискорюються, виявить спеціально розроблений девайс (Rapid And/or Massive Accelerating spacecraft Detection And Ranging device — RAMADAR).

Яким же чином космічний корабель буде прискорюватися настільки сильно, щоб викривити гравітацію і бути помітним для наших детекторів? Тут у вчених з Applied Physics вже є давно заготовлена відповідь — варп-двигуни.

Що таке варп-двигун?

Варп-двигун — це двигун космічних апаратів, що викривляє час і простір для створення кротової нори. Саме тому їх ще називають двигунами викривлення.

У теорії ця технологія дозволяє скорочувати час для міжзоряних подорожей, які зараз не є доступними людям, до кількох годин. Вчені вже давно вивчають можливість створення та використання кротових нір — докладніше про це ми писали тут і тут.

Першим на науковому рівні про двигуни викривлення говорив іспанський фізик-теоретик Мігель Алькуб'єрре. У 1994 році він запропонував перше математичне рішення для створення подібної технології. У своїй роботі вчений описав проєкт двигуна для корабля, що дозволяє йому переміщуватися зі швидкістю, більшою за швидкість світла, водночас жодним чином не порушуючи законів фізики.

Алькуб'єрре явно випередив свій час, адже його робота використовувала теоретичну концепцію, яка і зараз здається нереалістичною — негативну енергію. Подібний вид енергії має генеруватися речовиною з негативною масою: нічого подібного у Всесвіті не спостерігається досі, тому такий підхід до створення двигуна викривлення видається нереалістичним.

Серйозні розмови про створення варп-двигуна почалися лише через кілька десятиліть, коли деякі вчені відмовилися від ідеї використання негативної енергії для створення варп-двигуна.

Команда Applied Physics є однією із таких. У березні минулого року вченим із цієї колаборації вдалося створити модель першу модель варп-двигунів. Вони впевнені — людству під силу побудувати двигун викривлення, використовуючи лише ті фізичні закони та правила, які відомі нам на сьогодні. Про їхню роботу позитивно відгукувався і сам Алькуб'єрре.

Якщо спростити, то варп-двигун — це не двигун у сучасному розумінні, а щось на зразок міхура, який «розсуває» простір-час перед собою і «зшиває» його позаду космічного корабля. Завдання вчених — розігнати цю бульбашку, всередині якої буде космічний корабель.

Пізніше цю ідею розвинув колишній співробітник NASA Гарольд Вайт — йому вдалося показати, що створення такого «міхура» є реальним. Зараз він працює над тим, щоб перевести теорію у практику та все ж таки створити першу модель варп-бульбашки, а згодом, можливо, і попрацювати над її прототипом.

То як ми зможемо побачити позаземні космічні кораблі?

У Applied Physics розказали, що їхня перша стаття про варп-двигуни привернула увагу двох фізиків — Манфреда Пауліні та Майкла Ендрюса з Університету Карнегі-Меллон. Вони звернулися до команди з оригінальною ідеєю створення RAMADAR.

Сам Пауліні пояснює свою зацікавленість тим, що дослідження гравітаційних хвиль знаходиться у зародковому стані. Це означає, що попереду — багато надзвичайних відкриттів, а науковий потенціал у подібних досліджень дійсно величезний.

У своїй роботі вчені провели серію розрахунків, щоб вичислити, чи буде варп-двигун, чи будь-яке інше прискорення викликати гравітаційні хвилі, які ми зможемо побачити за допомогою наземних або космічних детекторів. Як виявилося, це цілком реальна ідея.

Так, у своєму дослідженні вчені виявили, що ми дійсно зможемо побачити сліди об'єктів, які прискорюються і набирають швидкість у 10% від швидкості світла. Так, детектори LIGO та LISA зможуть вловити гравітаційні хвилі об'єкта масою у 10 Юпітерів на відстані до ≈2,5 млн світлових років — саме стільки розділяє галактики Чумацький шлях і найближчого нашого космічного сусіда, галактику Андромеди.

На жаль, зараз наші можливості сильно обмежені — як мінімальний поріг вчені визначили об'єкт масою з Меркурій на відстані до приблизно 30 світлових років.

Важко уявити собі космічні кораблі такої маси, проте вчені також пропонують варіанти покращень для детекторів, а також згадують ще декілька проєктів майбутніх детекторів — японського DECIGO та Big Bang Observer (Оглядач великого вибуху), спадкоємця детектора LISA. Це майбутні детектори, які будуть вловлювати низькочастотні хвилі, на що нездатні сучасні обсерваторії.

«Виявлення гравітаційних хвиль — це важка наука, проте вона тільки зароджується. У майбутньому чутливість детекторів зможе дозволити нам регулярно виявляти подібні об'єкти», — пишуть у своїх висновках вчені.

Мартір пояснює, що зараз команда працює над програмним забезпеченням, яке зможе відрізняти гравітаційні ефекти, викликані космічними кораблями від «фонового шуму» космосу. «Ентерпрайз викривить гравітацію? Звичайно. Космічний корабель RAMA викривить гравітацію? Звичайно. То чому ми не шукаємо? Ми просто ніколи не думали про це», — каже він.

У наступних роботах команда Applied Physics планує провести повноцінний пошук цих об'єктів і запрошує вчених приєднатися до їхньої роботи. Вони хочуть покращити свої методи настільки, щоб бачити найменші гравітаційні викривлення. Так ми зможемо шукати набагато менш масивні космічні кораблі. Дослідники вважають, що, якщо їхні розрахунки та висновки будуть доведені, це може назавжди змінити те, як астрофізики та астробіологи шукають у космосі ознаки позаземного життя.