Реєстрація гравітаційних хвиль дає шанс виявити космічні струни і відкрити шлях до нової фізики.
З виявленими в лютому цього року гравітаційними хвилями фізики пов'язують великі надії: з'явився ще один інструмент спостереження за деякими процесами, що відбуваються у Всесвіті. Як об'єкти майбутньої гравітаційної астрономії традиційно називають злиття нейтронних зірок і чорних дір, вибухи наднових тощо.
Два фізики з університету Барселони (один з них випускник МФТІ Олег Булашенко) запропонували за допомогою гравітаційних хвиль спробувати виявити космічні струни. Відкриття цих екзотичних об'єктів не просто б підтвердило справедливість теорії струн, що претендує на роль «теорії всього», але й ознаменувало б новий етап у розвитку фізики, оскільки змінило б наше уявлення про пристрій мікро і макроміру. Статтю, присвячену цьому питанню, автори вклали на сайті Arxiv.org.
Спрощено кажучи, в теорії струн всі елементарні частинки можна уявити у вигляді мікроскопічних багатовимірних струн, в яких виникають різні коливання. Таких об'єктів у загальноприйнятій сучасній теорії мікроміру (Стандартної моделі) немає. Ця гіпотеза обіцяє забезпечити єдиний підхід до пояснення пристрою природи і претендує на роль «теорії всього». Однак, в даний час її передбачення неможливо перевірити експериментально. Дещо інакше справа йде в космології.
Народившись на самому початку виникнення Всесвіту, коли ще не розділилися чотири фундаментальних взаємодії (сильна, слабка, електромагнітна і гравітаційна), деякі струни в ході розширення Всесвіту могли перетворитися на дивовижні утворення - так звані космічні струни. Вони являють собою надзвичайно тонкі і довгі «мотузки», діаметр яких в мільярди мільярдів разів менше атомного ядра (близько 10-28 см). а довжина становить десятки, сотні і більше кілопарсек (1 парсек = 3,26 світлового року). Дуже велика і щільність такої струни. Один її сантиметр повинен мати масу близько 1020 грам, іншими словами, тисяча кілометрів струни буде важити стільки ж, скільки Земля.
Завдяки величезній щільності космічна струна здатна викривляти простір, утворюючи тонку і довгу «складку» простору-часу. Проходячи через неї, гравітаційна хвиля буде розсіюватися, аналогічно світлу, що падає на тонкий дріт. Це означає, що фізики можуть використовувати для аналізу отримуваної картини методи класичної оптики.
Гравітаційна хвиля обігне космічну струну з обох сторін, і обидві її половинки, відхилившись назустріч один одному, будуть взаємодіяти (складатися), утворюючи характерну картину інтенсивності. В оптиці це називають дифракцією та інтерференцією хвиль. Дослідники розрахували основні параметри такої картини, що дозволить в майбутньому отримувати інформацію про струни, порівнюючи результати спостережень з моделлю.
Зараз на шляху практичного застосування цієї ідеї стоять великі проблеми. Поки ще недостатня точність приладів і методів вимірювань. Спостережувану картину утворює складна суміш розсіянь від великої кількості струн, що ускладнює їх ідентифікацію. На це накладається дуже коротка тривалість гравітаційного сигналу, що не дозволяє вивчити картину протягом тривалого часу. Крім того, має пощастити, щоб сигнал прийшов від струни, «правильно» розташованої по відношенню до Землі і джерела гравітаційних хвиль.
Незважаючи на всі складнощі, дана робота дає невелику надію на те, що у дослідників з'явився метод, здатний виявити космічні струни і пролити додаткове світло на еволюцію Всесвіту і будову мікроміру.