Извънгалактически планети? Гравитационните вълни биха могли да ни помогнат да ги намерим.

Артист

Изображение на художник на две звезди от бели джуджета, които кръжат една около друга и излъчват гравитационни вълни. (Снимка: НАСА/Тод Строхмайер (GSFC)/Дана Бери (рентгенова обсерватория Чандра))



Учените един ден може да открият извънземни планети извън млечен път използвайки вълничките в пространството и времето, известни като гравитационни вълни, установява ново проучване.

През последните три десетилетия учените потвърдиха съществуването на близо 4200 свята извън Слънчевата система на Земята. Астрономите откриха това екзопланети използвайки методи, които анализираха светлината или от самите светове, или от техните звезди. Като такива, тези стратегии са ограничени до голяма степен до откриване на планети в нашата галактика, тъй като шансовете за забелязване на светлинни сигнали от извънгалактически светове са малки, като се имат предвид огромните разстояния, както и намесващите се облаци прах и други пречки.

По -късно се оказа едно възможно наблюдение на извънгалактическа планета, наречена HIP 13044b глупак , а други тепърва ще бъдат потвърдени. През 2018 г. астрономите откриха доказателства за измамни планети извън Млечния път, но това бяха само косвени оценки.



Свързани: Лов на гравитационни вълни с лазери: Как работи Project LIGO (инфографика)

Сега изследователите предполагат, че първите извънгалактически планети могат да бъдат открити не чрез светлинни сигнали, а сигнали на гравитационните вълни . Алберт Айнщайн за първи път прогнозира съществуването на гравитационни вълни през 1916 г. Според неговата теория за общата теория на относителността, гравитацията е резултат от начина, по който масата изкривява пространството и времето. Когато два или повече обекта се движат в гравитационното поле, те произвеждат гравитационни вълни, които се движат със скоростта на светлината, разтягайки и притискайки пространството-времето по пътя.

Важно е, че видовете препятствия, които блокират достигането на много далечна светлина от Земята, обикновено не възпрепятстват гравитационните вълни. Но гравитационните вълни са изключително трудни за откриване, защото са изключително слаби; дори Айнщайн не беше сигурен дали те наистина съществуват или ще бъдат потвърдени.



След десетилетия работа учените откриха първите преки доказателства за гравитационните вълни през 2015 г. с лазерната интерферометрова гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO). LIGO използва чифт детектори - единият в Ханфорд, Вашингтон, а другият в Ливингстън, Луизиана - за да усети изкривяванията, които гравитационните вълни причиняват, докато се вълнуват през материята.

Всеки детектор е оформен като гигантска L с крака с дължина около 4 километра. Краката на всеки детектор обикновено са с еднаква дължина, така че лазерните лъчи отнемат същото време, за да пътуват надолу по всеки. Ако обаче гравитационните вълни преминат през Земята, един крак на детектора се разтяга и другите договори, превключващи за продължителността на сигнала, с около една десетхилядна диаметър на протон. Атомни часовници може да открие разликите в секундата във времето, необходимо на лазерните лъчи да затворят цип на детектора при тези обстоятелства.

Тъй като детекторите на LIGO са на около 1900 мили (3000 км) един от друг, може да отнеме до 10 милисекунди, за да премине гравитационната вълна от един детектор към другия. Учените могат да използват тази разлика във времето на пристигане, за да установят откъде идват гравитационните вълни. Тъй като все повече детектори на гравитационни вълни се разработват на различни места-като например усъвършенстван детектор за Дева близо до Пиза, Италия, която се появи онлайн през 2017 г. - изследователите ще се справят по -добре с определянето на източниците на гравитационни вълни.



Настоящите и планираните наземни обсерватории с гравитационни вълни са чувствителни към дължини на вълните от около 100 мили; неутронни звезди и черни дупки до няколко десетки пъти масата на слънцето създават този аромат на сигнал. Учените обаче отдавна мечтаят за космически базирани обсерватории с гравитационни вълни, с детектори, разделени на огромни разстояния, които биха могли да усетят дори по-големи дължини на вълните. Тези типове сигнали се проследяват до менажерия от източници, включително свръхмасивни черни дупки.

Една космическа обсерватория с гравитационни вълни в процес на разработка е мисията на Европейската космическа агенция „Лазерна интерферометрова космическа антена“ (LISA), планирана за изстрелване през 2034 г. LISA ще се състои от три сателита в орбита около Слънцето зад Земята. Вътре във всеки спътник ще има куб, който ще пада свободно през космоса, проследявайки път само възмутен от гравитационни вълни. Това съзвездие от спътници ще следи внимателно положението на всеки куб, за да търси признаци на вълни в пространството-време.

Всеки от спътниците на LISA ще бъде на милиони мили един от друг. По принцип LISA ще може да открива гравитационни вълни с дължини на вълните от около 18 милиона мили (30 милиона км). Учените смятат, че подобни сигнали произтичат от сливането на черни дупки с 10 000 до 10 милиона пъти масата на Слънцето.

Учените също са изчислили, че LISA ще може да открие гравитационни вълни от десетки хиляди двойки бели джуджета. Белите джуджета са хладните, мътни ядра с размер на Земята на мъртви звезди, които остават след като звездите със среден размер са изчерпали горивото си и са изхвърлили външните си слоеве. Нашето слънце един ден ще се превърне в бяло джудже, както и повече от 90% от другите звезди в Млечния път.

В 2019 г. , същите учени зад новото изследване установиха, че LISA и други космически обсерватории с гравитационни вълни могат да забележат гигантски екзопланети, които обикалят двойни бели джуджета в нашата галактика. Сега те определят, че LISA също може да открие подобни планетни системи извън Млечния път, особено в повече от 50 спътникови галактики, които обикалят около нашата галактика.

Изследователите отбелязват, че когато две бели джуджета са достатъчно близо, за да се слеят в рамките на хилядолетия, двойката трябва да генерира непрекъснат поток от гравитационни вълни, които почти всички притежават една и съща честота. Докато LISA е активна, което може да продължи до 10 години, обсерваторията може да наблюдава тези потоци от гравитационни вълни за всякакви малки отклонения, като тези, причинени от гравитационните полета на гигантски планети, обикалящи около тези двойки.

Преди това учените откриха, че LISA може да открие до няколкостотин екзопланети с маси, сравними или по -тежки от тези на Юпитер, при условие че тези планети са отделени от двойните си бели джуджета на разстояния по -малки от 10 астрономически единици (AU). (Един AU е средното разстояние между Земята и Слънцето, което е около 93 милиона мили или 150 милиона км.)

В новото изследване учените изчислиха, че LISA може да открие до няколкостотин двойни бели джуджета в Големия Магеланов облак, една от най -близките спътникови галактики на Млечния път. За теоретичен двоичен файл с обща маса, равна на половината от слънцето и чиито бели джуджета обикалят един около друг на разстояние около една хилядна от това между Меркурий и слънцето, например, те изчисляват, че LISA може да започне да открива екзопланета 13 пъти масата на Юпитер след четири години наблюдения и че LISA със сигурност ще открие такъв свят след 10 години наблюдение.

Артист

Изображение на художник на космически базирани спътници детектори на гравитационни вълни LISA на работа.(Изображение кредит: ESA)

„Благодарение на гравитационните вълни най-накрая ще можем да наблюдаваме такива обекти далеч от слънчевия квартал“, каза за demokratija.eu съавторът на изследването Камила Даниелски, астрофизик от Университетския колеж в Лондон.

Бъдещите космически обсерватории с гравитационни вълни с 10 пъти или повече чувствителност от LISA, като космическата мисия AMIGO, предвидена от китайски учени, биха могли да открият екзопланета, четири пъти масата на Юпитер, обикаляща около такова двойно бяло джудже с 10 години наблюдения.

„Нашите са само първите изследвания на този нов метод на наблюдение“, каза за demokratija.eu съавторът на изследването Никола Таманини, астрофизик от Института за гравитационна физика на Макс Планк в Германия. 'Бъдещите изследвания ще дадат по -подробна картина.'

Много остава несигурно относно планетите около такива двойни бели джуджета, като тяхното формиране и еволюция. Бъдещите изследвания могат да изследват планети, които са се образували не само преди звездите да станат бели джуджета, но и след това, каза Даниелски. Наблюденията на гравитационните вълни могат да помогнат да се хвърли светлина върху тези въпроси, като се разкрият какви видове маси и орбити обикновено притежават тези светове.

Те описаха подробно техните констатации онлайн на 14 юли в International Journal of Modern Physics D.

Следвайте Чарлз К. Чой в Twitter @cqchoi . Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom и във Facebook.