Гравитационные волны могут обнаружить темные объекты и инопланетян

Одним из самых захватывающих прорывов в астрономии за последнее десятилетие стало обнаружение гравитационных волн. Со времен Галилео Галилея астрономия сводилась к обнаружению электромагнитных сигналов с помощью телескопов. Как оказалось, основные составляющие Вселенной не наблюдаются таким образом.

Согласно нашим современным данным, 85 % материи во Вселенной невидимы электромагнитно и представляют собой темную материю. Кроме того, 70 % энергетического бюджета Вселенной составляет темная энергия. Космологи делают вывод об этих составляющих, поскольку они гравитационно влияют на видимую материю. Можем ли мы построить детектор околоземных объектов, который почувствовал бы гравитационный сигнал пролетающих мимо темных объектов?

Если темная материя состоит из объектов массой с астероид, как первозданные черные дыры, то наши телескопы не заметят их, даже когда они пройдут вблизи Земли. В недавней статье я показал, что гравитационно-волновые обсерватории LIGO-Virgo-KAGRA могут обнаружить темный объект, если он движется со скоростью, близкой к скорости света, а его масса превышает сто миллионов тонн. Такой объект пересечет радиус Земли за две сотых секунды и создаст гравитационный приливной сигнал в частотном диапазоне LIGO-Virgo-KAGRA. Разумеется, до сих пор такой объект обнаружен не был.

В течение десятилетия космическая обсерватория LISA расширит диапазон обнаружения гравитационных волн до частот между милли- и микрогерцами и меньшей деформации пространства-времени. Это откроет новую эру чувствительности к темным околоземным объектам в диапазоне масс астероидов.

Это также может открыть путь к обнаружению неопознанных аномальных явлений (UAP) гравитационным способом, которые обсерватории проекта «Галилео» пытаются обнаружить электромагнитным способом. Массивы пульсаров (PTA ) зондируют диапазон частот в несколько наногерц, но до сих пор они были чувствительны только к суммарному фону гравитационных волн на этих частотах — которые составляют шумовой фон для обнаружения отдельных источников.

Детекторы гравитационных волн — самые захватывающие телескопы следующего тысячелетия, поскольку они откроют двери для обнаружения объектов, которые мы раньше не замечали. Как я показал в другой недавней работе, невозможно блокировать или рассеять сигналы гравитационных волн. Они предлагают оптимальный способ связи, обнаруживаемый через Землю или Солнце.

Можно предположить, что внеземные технологические цивилизации общаются с помощью гравитационных сигналов, а мы не замечаем их до сих пор потому, что традиционный SETI полагался на поиск электромагнитных сигналов с помощью традиционных телескопов. Если это так, то тишина, вызвавшая вопрос Ферми: «Где все?», объясняется нашей слепотой к гравитационным сигналам на соответствующей частоте.

Инопланетяне выбрали бы канал связи, который не мешал бы частотам самых громких естественных источников гравитационных волн в космосе. Это бинары черных дыр звездной массы, на которые настроены LIGO-Virgo-KAGRA, а также пары сверхмассивных черных дыр, на которые настроены LISA и PTAs. В этом случае гравитационному-SETI придется развивать чувствительность в других частотных диапазонах.

Основной проблемой в создании детектируемых гравитационных сигналов является требование перемещения больших масс на высоких скоростях. С точностью до порядка величины деформация гравитационной волны равна гравитационному потенциалу, создаваемому излучателем, деленному на квадрат скорости света и умноженному на квадрат характерной скорости, с которой движется его масса в единицах скорости света. Для сравнения, напряжение гравитационной волны, создаваемой ближайшей звездной двойкой, Альфа-Центавра A и B — поскольку эти две звезды обращаются друг вокруг друга каждые 80 лет, — имеет порядок 10^{-24}, и обнаружить его крайне сложно.

Пять лет назад команда под руководством Марека Абрамовича опубликовала работу о возможности того, что развитая технологическая цивилизация получает энергию от сверхмассивной (4 миллиона солнечных масс) черной дыры Стрелец А* в центре Млечного Пути и использует ее для связи. Они обнаружили, что структура массой в Юпитер, находящаяся на самой внутренней стабильной круговой орбите вокруг черной дыры, будет излучать однозначный сигнал гравитационных волн, который можно будет наблюдать с помощью LISA.

Недавно я имел огромное удовольствие присоединиться к команде блестящих исследователей под названием «Прикладная физика » во главе с Джанни Мартире, которая опубликовала новую работу, обсуждающую перспективы гравитационного SETI. Команда показала, что LIGO чувствителен к массивным аппаратам с массой Юпитера, ускоряющимся до доли скорости света во всей галактике Млечного Пути, или к аппаратам с массой Луны на расстоянии десятков световых лет.

Ожидается, что будущие гравитационно-волновые обсерватории, такие как DECIGO, Cosmic Explorer, Телескоп Эйнштейна и Обсервер Большого взрыва (BBO), достигнут чувствительности, которая будет как минимум на два порядка выше, чем у LIGO, что увеличит объем поиска в миллион раз.

Гравитационный SETI будет нацелен на сигналы, невидимые для неразвитых цивилизаций. Только цивилизации, достигшие высокого научно-технического уровня, смогут заметить эти сигналы. Это является хорошей стратегией скрытности для передающих сигналов цивилизаций, чтобы избежать хищников, ориентированных на физическую силу, а не на передовую науку и технологии.

Кроме того, амплитуда сигналов гравитационных волн уменьшается обратно пропорционально расстоянию от источника, а не в квадрате, как в случае с интенсивностью электромагнитных сигналов. Наконец, чувствительные датчики гравитационных волн с широкой спектральной чувствительностью могут также служить в качестве конечной системы оповещения для уменьшения экзистенциального риска от темных объектов.

Огромное преимущество гравитационных датчиков заключается в том, что гравитационные сигналы неизбежны.

В ближайшем будущем гравитационная астрономия обещает революцию в нашем понимании Вселенной, открывая доступ к ранее невидимым объектам и явлениям. Обнаружение гравитационных волн, в отличие от электромагнитных сигналов, позволяет исследовать темную материю и темную энергию, составляющие основную часть Вселенной. Существующие и будущие гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, LISA, DECIGO и другие, будут способны обнаруживать гравитационные сигналы от темных околоземных объектов и, возможно, даже от внеземных цивилизаций.

Поиск внеземного разума (SETI) может быть значительно расширен за счет гравитационных волн. В то время как традиционный SETI полагается на обнаружение электромагнитных сигналов, гравитационные волны могут предоставить альтернативный и более надежный канал связи. Развитые цивилизации могли бы использовать гравитационные волны для связи, поскольку они не рассеиваются и не блокируются, а также могут быть оптимизированы для избежания фонового шума от естественных источников.

Гравитационные датчики также могут служить системой раннего предупреждения о приближении опасных темных объектов, таких как первозданные черные дыры.