Обнаружение возможно при сбое в работе двигателя
Физики обнаружили положительную сторону нестабильности варп-двигателей и использовали ее для их обнаружения. Они смоделировали процесс работы двигателя и показали, что его отказ порождает гравитационные волны, поведение которых отличается от других известных источников гравитационных волн. Препринт работы опубликован на arXiv.org.
Часто писатели и режиссеры задействуют научные идеи и открытия в своих произведениях. Но иногда происходит наоборот — ученые пытаются построить модель и описать то, что упоминалось в научной фантастике. Яркий пример этому — варп-двигатель, который, по замыслу фантастов, должен позволять перемещаться в пространстве со скоростью выше скорости света. Считается, что такой космический корабль должен сжимать пространство перед собой и расширять пространство позади себя.
Еще в 1994 году физик Мигель Алькубьерре показал, что такое предположение согласуется с уравнениями Эйнштейна — основой ОТО. Они позволяют найти метрический тензор, то есть подробно описать искривления пространства-времени, в зависимости от плотности и потока энергии и импульса полей материи. Именно эти искривления позволяют теоретическому космическому кораблю двигаться со сверхсветовой скоростью: двигатель сдвигает пространство вокруг корабля, подталкивая его в направлении движения. При этом сам корабль находится внутри области плоского пространства, которое называют варп-пузырем. С другой стороны, чтобы создать требуемые искривления, устройство обязательно должно содержать в себе области с отрицательной плотностью энергии — тогда как для известных разновидностей вещества эта величина положительна.
В 2021 году ученые рассмотрели больше разных вариантов искажений пространства-времени и показали, что субсветовые (при скорости, близкой к скорости света) варп-двигатели могут состоять из обычной материи. Еще более точное и приближенное к реальности решение уравнений Эйнштейна физикам удалось найти совсем недавно — они использовали для этого программу компьютерного моделирования Warp Factory, а двигатель в их модели двигается с постоянной скоростью.
Помимо теоретического обоснования существования двигателя ученых интересует и вопрос его обнаружения. Физики Кэти Клафф (Katy Clough), Тим Дитрих (Tim Dietrich) и Себастьян Хан (Sebastian Khan) из Великобритании и Германии смоделировали процесс работы и сбоя варп-двигателя. Они выяснили, что в случае сбоя двигатель становится источником гравитационных волн, которые можно зарегистрировать.
В идеальном случае двигатель должен перемещаться с постоянной скоростью и работать стабильно, но моделирование показывает, что добиться такой стабильности сложно. Зато, в отличие от движения с постоянной скоростью, любые ускорения и замедления, как и поломки, позволяют его зарегистрировать. Физики связывают это с нарушением силового поля, которое создает варп-пузырь.
Авторы рассчитывали и моделировали процесс разрушения пузыря и заметили, что характеристики гравитационных волн отличаются от тех, что возникают при его формировании. Сразу после разрушения возникает всплеск, не имеющий гравитационной природы, и только за ним появляются гравитационные волны. Причем период их колебаний зависит от параметров пузыря.
Оказалось, что сигнал отличается от того, что возникает при двойных слияниях, а скорее похож на сигнал от нейтронной звезды при коллапсе или от столкновения двух черных дыр.
Формализм для изучения динамики пространственно-временных искажений вокруг двигателя, который разработали авторы, полностью согласуется с численными решениями релятивистских уравнений. Кроме того, он позволил подробно смоделировать эволюцию потоков материи и энергии гравитационных волн и обнаружить, что при коллапсе пузыря сначала излучается волна материи с отрицательной энергией, за которой следуют чередующиеся волны отрицательной и положительной энергий. А поток гравитационных волн начинается почти сразу же после них и остается положительным на протяжении всего времени, как и ожидалось.
Физики отмечают, что есть несколько направлений для дальнейшей работы. Во-первых, они хотели бы изменить симметрию задачи, чтобы рассматривать сверхсветовые скорости. Во-вторых, их расчеты показывают, что для космического корабля размером порядка километра частота сигнала значительно выше диапазона, в котором работают существующие детекторы. Поэтому создание более высокочастотных детекторов в будущем, возможно, позволить наблюдать смоделированные волны.
Сейчас детекторы гравитационных волн умеют регистрировать слияния нейтронной звезды и черной дыры и улавливать наногерцовый гравитационно-волновой фон. А инструментом для создания более высокочастотных детекторов могут стать радиотелескопы.
Значимость обнаружения составила 2,6 сигма
Физики из эксперимента по поиску темной материи PandaX сообщили об обнаружении упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах ксенона. Мы уже писали, что ученые из эксперимента XENONnT объявили на конференции IDM об обнаружении этого процесса. На той же конференции представитель коллаборации PandaX Ли Шуайцзе (Shuaijie Li) сделал доклад об аналогичном обнаружении при помощи двухфазного ксенонового детектора, расположенного в Китайской национальной лаборатории Цзиньпин. Значимость обнаружения составила 2,6 сигма, что практически идентично результатам эксперимента XENONnT. Спустя несколько дней появился препринт коллаборации PandaX об этом открытии.