Крупные галактики и скопления галактик искривляют пространство, работая как космические линзы — они усиливают свет далеких объектов.

Если совместить это явление с новейшими детекторами гравитационных волн и телескопами, способными улавливать электромагнитное излучение, можно совершить прорыв в физике, космологии и астрофизике.

К такому выводу пришла международная группа ученых под руководством специалистов из Бирмингемского университета.

Результаты опубликованы в издании Philosophical Transactions of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences.

Изучение гравитационно линзированных вспышек с помощью разных типов сигналов (мультимессенджерное гравитационное линзирование) поможет ответить на ключевые вопросы: как устроена Вселенная, как она расширяется и что такое темная материя.

Правда, есть сложности — например, точно определить, где именно произошла линзированная вспышка, или скоординировать работу ученых из разных областей.

Гравитационное линзирование — это искривление пути света (или гравитационных волн) под действием гравитации массивного объекта, например галактики. Эффект работает как линза: усиливает, искажает или даже создает несколько изображений одного источника.

Грэм Смит, профессор Бирмингемского университета, поясняет:

Современные детекторы могут фиксировать космические события в огромном диапазоне — от радиоволн до гамма-излучения и гравитационных волн. В ближайшие 5–10 лет это позволит нам проверить природу гравитации, уточнить скорость расширения Вселенной и понять, как формируются черные дыры и нейтронные звезды.

Мультимессенджерное линзирование использует сигналы разной энергии — от нейтрино до гравитационных волн, — а также мощные телескопы, сканирующие небо в поисках вспышек. Этот метод не только усиливает далекие сигналы, но и дублирует их, позволяя проверить теорию относительности на огромных расстояниях. Кроме того, он помогает разобраться в физике космических взрывов и выяснить, связаны ли между собой, например, быстрые радиовсплески и гамма-всплески.

Ученые сосредоточатся на исследованиях, которые можно провести уже в этом десятилетии с помощью существующих технологий: сети детекторов LIGO-Virgo-KAGRA, обсерватории Веры Рубин и новых гамма- и рентгеновских телескопов. Обзор LSST, который начнется в конце 2025 года, станет переломным моментом — он кардинально изменит подход к мультимессенджерному линзированию.

Это огромный шаг для науки, — говорит Смит. — Над этим работают ученые со всего мира, включая молодых исследователей. Объединив усилия, мы сможем раскрыть тайны Вселенной.

Гэвин Лэмб из Ливерпульского университета добавляет:

Еще 5–10 лет назад это казалось фантастикой, а теперь стало реальностью. Новое поколение ученых будет строить карьеру на этих открытиях.

Этот метод позволит:

• Уточнить постоянную Хаббла — сейчас разные способы измерения скорости расширения Вселенной дают противоречивые результаты.
• Проверить альтернативные теории гравитации — например, отклонится ли свет в сильном поле так, как предсказывает ОТО.
• Изучить темную материю — линзирование покажет, как она распределена в галактиках.
• Раскрыть природу загадочных вспышек — например, связаны ли FRB (быстрые радиовсплески) со слиянием нейтронных звезд.

Главная проблема исследования — редкость событий. Мощные гравитационные линзы (например, скопления галактик) встречаются нечасто, а еще реже за ними происходят взрывы, которые можно зафиксировать. Кроме того, обработка данных требует колоссальных вычислительных ресурсов, и пока неясно, хватит ли мощностей существующих обсерваторий.

Ранее ученые подвергли сомнению главный принцип космологии.