В 2015 году детекторы впервые поймали гравитационную волну — дрожь пространства, долетевшую от слившихся чёрных дыр. С тех пор такие сигналы стали для астрофизики новым окном во Вселенную. Но гравитационные волны способны на большее: они несут в себе отпечаток самой теории тяготения. Если теория Эйнштейна не совсем точна, то волны от далёких катастроф могут звучать чуть иначе, чем предсказывает общая теория относительности.
Авторы работы взяли одну из таких альтернатив — так называемую f(Q) гравитацию. В ней тяготение возникает не из-за кривизны пространства, а из-за его неметричности — иначе говоря, из-за того, что при параллельном переносе векторы могут менять длину. На масштабах расширения Вселенной эта модель ведёт себя так же, как стандартная космологическая модель с тёмной материей и тёмной энергией, но в гравитационных волнах отличия должны проявиться.
Учёные смоделировали, как такие волны зарегистрируют два будущих гиганта: Европейский подземный детектор «Телескоп Эйнштейна» и американский «Космический исследователь». Их чувствительность будет в десятки раз выше, чем у нынешних LIGO и Virgo. Расчёты показали: оба прибора смогут очень жёстко ограничить свободный параметр модели, даже если источник находится на огромном расстоянии — вплоть до красного смещения 5, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Малейшее отличие от эйнштейновской формы сигнала станет заметным.
Так гравитационные волны превращаются в испытательный стенд для фундаментальной физики. Тихий звон далёких чёрных дыр расскажет не только о том, что случилось миллиард лет назад, но и о том, по каким правилам живёт само пространство.
Чувствительность будущих детекторов такова, что они смогут услышать слияние двух нейтронных звёзд на расстоянии, в сотни раз превышающем размер видимой сегодня Вселенной — если бы такой сигнал существовал.
Идея «неправильных» гравитационных волн обыгрывается в романе Лю Цысиня «Задача трёх тел», где инопланетяне используют гравитационные антенны, работающие на иных принципах, для сверхсветовой связи.