В бескрайних просторах космоса может скрываться множество тайн и загадок. Одна из них - существование развитых инопланетных цивилизаций, способных путешествовать между звездами. Но как мы можем обнаружить следы их присутствия? Новое исследование предлагает неожиданный ответ - искать гравитационные волны от их сверхсветовых двигателей!
Варп-двигатели, позволяющие космическим кораблям преодолевать огромные расстояния на околосветовых скоростях, давно стали неотъемлемой частью научной фантастики. Самый известный пример - звездолеты из вселенной "Звездного пути". Однако ученые уже много лет разрабатывают теоретические основы создания реальных варп-двигателей. Наиболее известная концепция была предложена мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Его идея заключается в создании "пузыря" вокруг корабля, который бы сжимал пространство впереди и расширял позади, позволяя совершать гигантские прыжки через космос.
Космический корабль с варп-двигателем.kandinsky
Группа исследователей из Великобритании и Германии задалась интригующим вопросом: если инопланетная цивилизация использует двигатель Алькубьерре, сможем ли мы обнаружить его по гравитационным волнам? Ведь современные гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, уже способны улавливать колебания пространства-времени от сверхмощных космических событий вроде слияния черных дыр или взрывов сверхновых. Почему бы не попытаться засечь и следы инопланетных технологий?
Согласно расчетам ученых, опубликованным в июне этого года, человечество действительно могло бы уловить признаки работы инопланетного варп-двигателя. Правда, для этого потребуется создать новое поколение гравитационно-волновых детекторов.
Идея симулировать гравитационно-волновой "след" варп-двигателя возникла у астрофизика Кэти Клаф и ее коллег семь лет назад. Вдохновением послужил "Звездный путь", а точнее - случаи "разрыва варпа" в этой вселенной. Хотя правильно работающий двигатель Алькубьерре не должен сильно возмущать пространство-время, его катастрофический сбой мог бы создать достаточно мощный сигнал.
"Если поместить экзотическую материю в варп-пузырь, она естественным образом будет рассеиваться со временем. Поэтому гипотетическим инопланетянам понадобился бы какой-то механизм удержания. А мы не знаем, что это такое", - объясняет Клаф. "Мы подумали: в "Звездном пути" всегда случается отказ системы удержания варпа. Так почему бы не взять эту идею?"
При таком катастрофическом сбое вся сдерживаемая энергия и материя вырвались бы наружу, создавая хаотичные колебания, порождающие гравитационные волны - словно кто-то плещется в бассейне. Для экипажа корабля это было бы, мягко говоря, неприятно. "Вас бы растянуло и сплющило, в конечном итоге это было бы ужасно", - отмечает Клаф.
Поначалу проект казался исследователям забавным, но быстро стал очень сложным. Главная проблема заключалась в выборе уравнений, которые бы обеспечивали стабильную эволюцию в симуляции и при этом имели физический смысл.
Визуализация симуляции гравитационно-волнового сигнала от катастрофического сбоя варп-двигателя.kandinsky
Преодолев эти трудности, команда Клаф обнаружила, что разрыв варпа на корабле километрового размера, движущемся со скоростью 10% от скорости света (30 000 километров в секунду), создал бы "очень характерный" гравитационно-волновой сигнал. Его можно было бы обнаружить на расстоянии до 1 мегапарсека, или 3,26 миллиона световых лет. Это означает, что коллапс варп-двигателя в галактике Андромеда - ближайшем галактическом соседе Млечного Пути - теоретически мог бы быть зафиксирован на Земле.
Люк Селлерс, ведущий ученый исследовательской группы Applied Physics, которая предложила собственные проекты варп-двигателей и изучала поиск внеземной жизни в сигналах гравитационных волн, называет работу команды Клаф "желанным дополнением" к этой области исследований. По его словам, исследование "просто имеет смысл", особенно в части понимания того, что двигатель Алькубьерре может взорваться.
"Однажды у нас может появиться целое меню экзотических гравитационно-волновых сигналов для поиска в рамках SETI", - говорит Селлерс. "Один из них может быть от очень большого двигательного механизма, а другой - от взрыва варп-двигателя".
Однако даже если инопланетяне научились создавать двигатель Алькубьерре, и один из них взорвется в пределах досягаемости наших обсерваторий, остается проблема: ни один из существующих детекторов не способен улавливать высокочастотные гравитационные волны.
Обнаружение гравитационных волн - "действительно новая область", отмечает Клаф. "Это похоже на начало электромагнитных наблюдений, когда мы смотрим только на один диапазон частот".
Искривление космического пространства.kandinsky
Наземная обсерватория LIGO, созданная Калтехом и MIT, начала работу в 2002 году и прослушивает частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц. Планируемая космическая обсерватория LISA, запуск которой NASA и Европейское космическое агентство намечают на 2030-е годы, будет слушать еще более низкие диапазоны. А вот взрыв двигателя Алькубьерре, согласно расчетам, излучал бы волны на частоте около 300 кГц, что находится за пределами человеческого слуха.
Причина первоначального фокуса на более низких частотных диапазонах, по словам Клаф, заключается в том, что в них находятся высокоприоритетные объекты и события. "На таких [высоких] частотах не так много хорошо обоснованных астрофизических целей", - объясняет она. "Есть некоторые экзотические вещи, такие как первичные черные дыры или сигналы из ранней Вселенной, поэтому есть предложения попытаться построить детекторы в этом диапазоне. Это еще один потенциальный аргумент в пользу создания таких детекторов".
Действительно, в 2021 году команда из более чем двух десятков ученых со всего мира, включая представителей таких институтов, как LIGO и CERN, в своей работе утверждала, что обсерватории, нацеленные на высокочастотные диапазоны, позволили бы нам искать признаки новой физики в ранней Вселенной.
"Разумно предположить, что вы хотите исследовать эту огромную область как можно больше, если хотите иметь шанс что-то обнаружить", - говорит Селлерс. По его мнению, помимо новых детекторов, для поисков в рамках SETI могло бы быть полезно создание "конвейера" с использованием алгоритмов машинного обучения.
Выводы исследования также сопровождаются некоторыми оговорками. Работа охватывает очень конкретный сценарий с тщательно подобранными параметрами, включая тип варп-двигателя. Это "пример, а не шаблон для поиска", подчеркивает Клаф. Тем не менее, ее команда ожидает, что диапазон частот гравитационных волн будет применим и к другим конструкциям.
"Может оказаться, что как только мы получим эти улучшенные детекторы, появится действительно громкий сигнал варп-двигателя, который можно увидеть, даже если вы заранее не знали, что искать", - говорит Селлерс. "И если это произойдет, вполне возможно, что мы сможем фактически реконструировать, какую систему они используют".
Это исследование открывает захватывающие перспективы не только для поиска внеземных цивилизаций, но и для развития нашего собственного понимания физики пространства-времени и возможностей межзвездных путешествий. Кто знает, может быть, однажды мы сами создадим варп-двигатели и отправимся к далеким звездам, оставляя за собой след гравитационных волн, который смогут уловить другие разумные существа во Вселенной.
