Астрономія гравітаційних хвиль все ще перебуває на ранніх стадіях розвитку. Поки що вона зосереджувалася на найбільш енергійних і чітких джерелах гравітаційних хвиль, таких як катастрофічні злиття чорних дір і нейтронних зірок. Але це зміниться, коли наші гравітаційні телескопи вдосконалюватимуться, і це дозволить астрономам досліджувати Всесвіт способами, які раніше були неможливі.
Хоча гравітаційні хвилі мають багато схожості зі світловими хвилями, одна відмінність полягає в тому, що більшість об’єктів прозорі для таких хвиль. Світло може поглинатися, розсіюватися та блокуватися матерією, але гравітаційні хвилі здебільшого просто проходять через матерію. Вони можуть бути лінзованими масою об’єкта, але не повністю блокуватися. Це означає, що гравітаційні хвилі можна використовувати як інструмент для заглядання всередину астрономічних тіл, подібно до того, як рентгенівські промені або МРТ дозволяють нам бачити всередині тіла людини.
Це ідея, яка лежить в основі недавнього дослідження, присвяченого тому, як гравітаційні хвилі можна використовувати для дослідження внутрішньої поверхні Сонця.
Сонце настільки неймовірно гаряче і щільне, що світло не може проникнути через нього. Навіть світлу, яке виробляється в ядрі Сонця, потрібно більше 100 000 років, щоб досягти поверхні Сонця. Наша єдина інформація про нутрощі Сонця походить від геліосейсмології, де астрономи вивчають коливання поверхні Сонця, викликані звуковими хвилями всередині.
У цьому новому дослідженні команда досліджує, як гравітаційні хвилі нейтронних зірок, що швидко обертаються, можна використовувати для вивчення Сонця. Хоча ідеально гладкий об’єкт, що обертається, не створює гравітаційних хвиль, асиметричні об’єкти, що обертаються, їх створюють. Нейтронні зірки можуть мати деформації або гірські підйоми, спричинені їхнім внутрішнім теплом або магнітними полями. Якщо така нейтронна зірка швидко обертається, вона створює безперервний потік гравітаційних хвиль. Вони надто слабкі, щоб їх можна було спостерігати нинішніми телескопами, але гравітаційні обсерваторії наступного покоління зможуть їх виявити.
Оскільки нейтронні зірки досить поширені в галактиці, деякі з них розташовані так, що Сонце проходить перед ними з нашої точки зору. З більш ніж 3000 відомих пульсарів близько 500 є хорошими кандидатами на джерела гравітаційних хвиль, і відомо, що 3 з них проходять за Сонцем. Команда використала профілі цих трьох пульсарів як відправну точку.
Оскільки Сонце прозоре для гравітаційних хвиль, єдиний вплив нашої зірки на них полягає в його гравітаційній масі. Коли хвилі проходять через Сонце, вони трохи гравітаційно лінзуються. Величина лінзування залежить від маси Сонця. Команда виявила, що за допомогою належних вимірювань спостереження за гравітаційними хвилями можуть виміряти профіль щільності Сонця з точністю до 3 сигм.
Три відомі пульсари, ймовірно, є лише крихітною частиною джерел гравітаційних хвиль, які проходять за Сонцем. Більшість нейтронних зірок мають орієнтацію обертання, яка не спрямовує радіоспалахи в наш бік, але їх все одно можна використовувати як гравітаційні зонди. Ймовірно, сотні нейтронних зірок проходять позаду Сонця протягом року. Отже, оскільки ми можемо спостерігати їхні гравітаційні хвилі, вони повинні дати нам чудовий огляд усередині нашої найближчої зірки.
Джерело: Рюїчі Такахасі, Соічіро Морісакі та Теруакі Суяма. «Дослідження надр Сонця за допомогою лінзованих гравітаційних хвиль від відомих пульсарів». Препринт arXiv:2304.08220 (2023).
Читайте також: