Пн. Июн 24th, 2024

Гравитационные волны пульсаров могут быть использованы для исследования недр Солнца

Ученые нашли способ применения гравитационных волн от пульсаров, проходящих за Солнцем, чтобы заглянуть внутрь ближайшей к нам звезды.

Гравитационные волны и Солнце

Астрономия гравитационных волн все еще находится на ранней стадии изучения. До сих пор ученые сосредоточивались на наиболее отчетливых источниках гравитационных волн, таких как катастрофические слияния черных дыр и нейтронных звезд. Но это изменится по мере усовершенствования наших гравитационных телескопов, и они позволят астрономам исследовать вселенную способами, которые ранее были невозможны.

Хотя гравитационные волны во многом схожи со световыми волнами, одно существенное отличие состоит в том, что большинство объектов как будто прозрачны для гравитационных волн. Свет может поглощаться, рассеиваться и блокироваться веществом, но гравитационные волны в основном просто проходят сквозь вещество. Они могут быть линзированы массой объекта, но не полностью заблокированы. Это означает, что гравитационные волны можно использовать в качестве инструмента для заглядывания внутрь астрономических тел, подобно тому, как рентгеновские лучи или МРТ позволяют нам заглянуть внутрь человеческого тела.

Эта идея лежит в основе недавнего исследования, посвященного тому, как можно использовать гравитационные волны для исследования недр Солнца. Солнце настолько невероятно горячее и плотное, что свет не может проникнуть сквозь него. Даже свету, произведенному в солнечном ядре, требуется более 100 000 лет, чтобы достичь поверхности Солнца. Наша единственная информация о недрах Солнца поступает из гелиосейсмологии, где астрономы изучают вибрации поверхности Солнца, вызванные звуковыми волнами внутри Солнца.

В этом новом исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, команда рассматривает возможность использования гравитационных волн быстровращающихся нейтронных звезд для изучения Солнца. Хотя совершенно гладкий вращающийся объект не создает гравитационные волны, асимметричные вращающиеся объекты создают их. Нейтронные звезды могут иметь деформации, вызванные их внутренним теплом или магнитными полями. Если такая нейтронная звезда быстро вращается, она производит непрерывный поток гравитационных волн. Эти гравитационные волны слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать с помощью современных телескопов, но следующее поколение гравитационных обсерваторий должно быть в состоянии их обнаружить.

Поскольку нейтронные звезды довольно распространены в галактике, некоторые из них расположены так, что Солнце проходит перед ними для наблюдателя на Земле. Из более чем 3000 известных пульсаров около 500 являются превосходными кандидатами на роль источников гравитационных волн, и известно, что эти три из них проходят за Солнцем. Команда использовала профили этих трех пульсаров в качестве отправной точки.

Поскольку Солнце прозрачно для гравитационных волн, единственное воздействие, которое Солнце оказывает на них, — это его гравитационная масса. Когда волны проходят через Солнце, они немного линзируются гравитационно. Величина линзирования зависит от массы Солнца и распределения этой массы. Команда обнаружила, что при надлежащих измерениях наблюдения гравитационных волн могут измерять профиль плотности Солнца с точностью до 3 сигм.

Три известных пульсара, вероятно, являются лишь крошечной частью источников гравитационных волн, которые проходят за Солнцем. Большинство нейтронных звезд имеют ориентацию вращения, которая не направляет радиовспышек в нашу сторону, но их все же можно использовать в качестве гравитационных зондов. Вероятно, за Солнцем в течение года проходят сотни быстровращающихся нейтронных звезд. Так как мы можем наблюдать их гравитационные волны, они должны открыть нам внутренний мир нашей ближайшей звезды.

Источник: Ryuichi Takahashi et al, Probing the solar interior with lensed gravitational waves from known pulsars, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.08220

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *