Почему гравитационные волны шепчут о ста мегаэлектронвольтах экспресс
В огромном зале расставлена сотня камертонов. Каждый из них — это пульсар, сверхплотный остаток звезды, который вращается с бешеной скоростью и посылает радиоимпульсы точнее любых часов. Когда через зал проходит низкая звуковая волна, все камертоны начинают чуть-чуть расстраиваться одновременно. Именно так работают пульсары в роли детектора: они замечают, как пространство-время слегка сжимается и растягивается от проходящей гравитационной волны. Недавно такие волны с частотой в наногерцы (один период за годы) были пойманы — и теперь учёные гадают, что их вызвало.
Одна из догадок: в молодой Вселенной, когда ей было около десяти микросекунд от роду, произошёл фазовый переход — как вода превращается в лёд, только в масштабах всего космоса. При температуре около ста мегаэлектронвольт (это в десять тысяч раз горячее недр Солнца) пузыри новой фазы вскипали, сталкивались и сотрясали ткань пространства. Авторы работы показывают, что такой переход не случаен: он возникает в модели, где тёмная материя и обычные нейтроны обмениваются частицами, словно два маятника, связанные пружиной. Эти колебания и рождают тот самый избыток вещества, из которого сделаны мы.
Модель не просто объясняет волны. Она предсказывает, что частицы тёмной материи должны чуть-чуть расталкивать друг друга — почти на пределе того, что разрешено наблюдениями. А ещё появляются новые нейтральные частицы легче ста мегаэлектронвольт, которые могут оставлять след в ускорителях как пропавшая энергия или менять картину распада нейтронов. Так гравитационные волны связывают рождение вещества, свойства нейтронных звёзд и поиски новой физики в лаборатории.
Тот самый зал с камертонами-пульсарами теперь не просто регистрирует далёкий гул. Он может рассказать, почему во Вселенной вообще есть вещество и как ведёт себя самая неуловимая материя.
Наногерцевые гравитационные волны растягивают пространство настолько слабо, что расстояние от Земли до Солнца меняется на толщину волоса за несколько лет — и пульсары это замечают.
В романе «Яйцо дракона» Роберта Форварда на нейтронной звезде живут существа, чья жизнь зависит от её чудовищной гравитации; если бы звезда сжалась из-за тёмной материи, их мир погиб бы.