С 2015 года астрономы изучают Вселенную не только через свет, но и через гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, которая рождается при колоссальных космических событиях. Благодаря этому подходу ученые могут «слышать» столкновения черных дыр и нейтронных звезд. До сих пор считалось, что гравитационные волны проходят сквозь материю, почти не взаимодействуя с ней.

Международная команда астрофизиков под руководством Хайме Редондо–Юсте (Jaime Redondo–Yuste) из Института Нильса Бора в Дании показала, что в редких случаях гравитационные волны можно отразить. Для этого нужен объект с крайне высокой вязкостью — настолько плотный и упругий, что он не будет колебаться под действием волны. Под «вязкостью» понимается эффективная вязкость вещества — мера его сопротивления деформации, а не обычная текучесть жидкости.

Ученые начали с простого вопроса: можно ли в принципе создать «зеркало» для гравитационных волн? Ранее теоретические работы предполагали такую возможность, но попытки описать этот эффект математически без нарушения законов физики оказывались безуспешными. Прорыв наступил, когда исследователи поняли, что зеркало не обязательно должно быть плоским.

Статья по теме: Физики зафиксировали квантовое колебание молекулы с беспрецедентной детализацией

Редондо–Юсте сравнил идею с космическим мячом из патоки. Если звезда обладает сверхвысокой вязкостью, она способна отражать гравитационные волны, а не пропускать их. Иными словами, если вещество звезды становится крайне вязким (как густая патока), оно очень плохо поддается деформации. Из-за этого внешняя гравитационная волна не может «завести» внутри звезды привычные колебания — вместо того, чтобы пройти внутрь и начать вибрировать, волна во многом отскакивает. В пределе очень большой вязкости звезда ведет себя как отражающая поверхность — вместо передачи возмущения она его «отбивает».

«То, что описали астрофизики, — крайне непривычное явление. Гравитационные волны обычно свободно проходят сквозь вещество, даже если источник волн совсем рядом», — пояснил американский физик Дэниел Кеннефик (Daniel Kennefick) из Университета Арканзаса.

Вязкая звезда — исключение из общего правила. Она должна быть очень компактной и находиться на грани коллапса в черную дыру. По словам Редондо–Юсте, черные дыры обладают свойствами, схожими с высокой вязкостью, поэтому другой объект с таким же свойством способен производить почти идентичные гравитационные сигналы. При этом существуют тонкие различия: при столкновении двух вязких звезд их гравитационные волны будут чуть отличаться от сигналов при слиянии черных дыр. Причина в том, что звезды сильнее воздействуют друг на друга приливными силами.

Статья по теме: Физик предложил отправить к черной дыре нанозонд массой в один грамм

В истории наблюдений уже встречались космические объекты с повышенной вязкостью — например, горячие нейтронные звезды, которые образовались в результате слияния других нейтронных звезд. Но ученые пока не знают, могут ли такие объекты достичь уровня вязкости, предсказанного моделью Редондо–Юсте.

Вероятно, будущее поколение детекторов гравитационных волн даст больше данных о вязкости известных объектов и, возможно, позволит найти новые. 

До сих пор ученые не наблюдали случаев, когда объект, принятый за черную дыру, оказывался вязкой звездой. Исследователи отметили, что прямое обнаружение таких светил затруднено и в ближайшее время вряд ли их получится найти.

Тем не менее Редондо–Юсте настаивает, что подобные гипотезы нужно проверять. Это единственный путь к созданию полного каталога объектов, существующих в нашей Вселенной.

Статья по теме: Черная дыра в центре Млечного Пути устроила «‎феерическое шоу»

Сверхвязкие звезды пока существуют только в расчетах ученых. Но если их удастся обнаружить, ученые откроют новый тип космических объектов. Даже если таких звезд не окажется в природе, их поиск все равно принесет науке пользу: во-первых, это поможет ученым лучше разбираться в гравитационных волнах; во-вторых, позволит глубже понять устройство Вселенной.

Научная работа принята к печати и будет опубликована в журнале Physical Review Letters.