Гравитационные волны, возможно, уже открыты

Когда на прошлой неделе Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики сообщил, что 17 марта 2014 года будет объявлено «о большом открытии», это было просто заявление. Но пресса, подхватив слухи, связанные с этим событием, стала говорить об открытии сенсационном...

Главная мысль этих слухов: группа американских учёных, которая анализировала результаты эксперимента Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization (BICEP), проводящегося в Антарктиде на полярной станции «Амундсен — Скотт» и исследующего особенности поляризации реликтового излучения, близка к прорыву. Цель у BICEP амбициознейшая — найти следы гравитационных волн, ряби пространства-времени, имевшей место в ранней Вселенной и периодически всё ещё случающейся при, например, слиянии пары чёрных дыр. Однако учёных во главе с Джоном Ковачем (John Kovac) из Гарвардского университета больше всего сейчас волнуют именно первичные гравитационные волны, то есть эхо Большого взрыва, случившегося почти 14 млрд лет назад.

И, похоже, они близки к их регистрации. BICEP следит за изменениями поляризации фотонов реликтового излучения. В его поляризации важны два компонента — так называемая Е-мода и B-мода (роторная составляющая), по аналогии с поляризацией электромагнитного излучения. Амплитуда B-моды, на которой учёные сосредоточились, равна ничтожным 0,1 мкК, и её анализ имеет огромное значение для прояснения истории Вселенной. Среди прочего по ней можно вычислить скорость процессов инфляции в первичной Вселенной — нечто, о чём сейчас можно только догадываться. Кроме инфляции, B-мода реликтового излучения зависит ещё и от плотности гравитационных волн во Вселенной, и именно по их влиянию на B-моду учёные намерены показать существование гравитационных волн.

Стоит напомнить, что, хотя теория резкого инфляционного расширения Вселенной остаётся одним из столпов современной физической картины мира, многие сдержанно относятся к ней в силу недостаточного понимания нами механизмов, которые могли бы начать инфляцию и затем остановить её. Между тем, если первичные гравитационные волны или хотя бы их следы в поляризации рентгеновского излучения удастся найти, их не получится объяснить без признания инфляции фактом: только она могла усилить первичные квантовые флуктуации Вселенной в сигнал, различимый на Земле.

Подчеркнём: даже если у BICEP-коллаборации всё получится, это не прямое обнаружение гравиволн, ради которого всё ещё достраиваются детекторы разных типов. Но, бесспорно, даже такое косвенное свидетельство очень важно, поскольку объяснить его без гравитационных волн невозможно.


Традиционно проблемы поиска следов гравитационных волн в реликтовом излучении чрезвычайно велики. Помимо первичных гравиволн, на реликтовое изучение, которое на пути к Земле преодолело миллиарды световых лет, влияла также гравитация галактик и скоплений тёмной материи, что превращает вычленение в ней первичных гравитационных волн в попытку наблюдения за волнами от движения большого судна в сотнях километрах за его кормой, да ещё и при штормовой погоде. Чтобы достоверно отделить влияние всех гравитационных линз, через которые могли пройти такие волны на пути к BICEP, потребуется уникальная работа...

...И если она удалась, это выдающийся успех: любое обнаружение свидетельств существования гравиволн претендует на научный подвиг. Регистрация явления, связанного с Большим взрывом — тем самым событием, которое дало начало всей Вселенной, — чего-нибудь да стоит, согласитесь. Наконец, если таким путём удастся выйти также на влияние на В-моду именно тех первичных гравитационных волн, что порождены инфляционным расширением Вселенной, можно будет говорить о колоссальном шаге вперёд для всей космологии — ведь амплитуда В-моды связана с энергией, при которой происходила космологическая инфляция.

Так это или нет — станет вот-вот ясно. Официальное заявление об открытии будет сделано сегодня.