Открытие гравитационных волн — едва уловимых искажений ткани пространства-времени из-за движения сверхмассивных объектов — предоставило астрономам возможность наблюдать космические события, не зависящие от света. За последние десять лет исследователи хорошо научились интерпретировать волны, распространяющиеся через пустые, относительно спокойные области космического пространства. В таких случаях волны можно отделить от фона и рассматривать по-отдельности.

Однако космология рассматривает Вселенную в совокупности, со всеми галактиками, черными дырами и масштабными структурами. С такой точки зрения фон не статичен. Вселенная расширяется, вещество распределено неравномерно, а небольшие колебания плотности и движения воздействуют на пространство-время. В такой динамической среде трудно сказать, где кончается фон и начинаются гравитационные волны.

Группа ученых из Университета им. Лейбница разработала решение этой проблемы, рассказывает Scitech Daily. Они предложили определять гравитационную волну не через абстрактные математические компоненты, а через то, что реально измеряет детектор. Модель учитывает две свободно падающих массы, соединенные лучом света. Когда между ними проходит гравитационная волна, время прохождения света между объектами слегка меняется. Это изменение производит измеримый сдвиг в хронометраже или частоте.

Исследователи вывели эту наблюдаемую величину координатно-независимым способом, учитывая эффекты космических флуктуаций вплоть до второго порядка. Другими словами, они выяснили, как описать сигнал детектора, не путая реальный физический эффект с артефактом математического языка, используемого для описания Вселенной.

«Детекторы гравитационных волн измеряют различия в частотах и времени прихода световых лучей, — сказал Гильем Доменеч, ведущий автор исследования. — Мы точно вычислили эти величины в расширяющемся пространстве-времени и четко отделили то, что действительно измеримо, от эффектов, зависящих от математического описания. Это гарантирует, что теоретические предсказания для будущих экспериментов будут строгими и надежными».

Новый подход особенно полезен для поиска первичных гравитационных волн и других тонких сигналов, распространенных по всей Вселенной.

Международная команда ученых предложила альтернативный способ детектирования гравитационных волн — посредством наблюдение за светом, излучаемым атомами. Идея заключается в том, что гравитационные волны модулируют квантовое электромагнитное поле, что, в свою очередь, влияет на процесс спонтанного излучения.