Гравитационные волны генерируются при ускорении масс. Первое косвенное свидетельство их существования было обнаружено в 1974 году, когда в созвездии Аквилы был обнаружен двойной пульсар PSR B1913 + 16. Две быстро вращающиеся нейтронные звезды дрейфуют навстречу друг другу по спирали, поэтому, как объясняют астрофизики, они теряют энергию и излучают гравитационные волны.
За это открытие Рассел А. Халс и Джозеф Х. Тейлор получили Нобелевскую премию по физике 1993 года. Между тем, сейчас существует несколько крупномасштабных экспериментов по обнаружению гравитационных волн: американский эксперимент LIGO, европейский эксперимент Virgo и японский детектор KAGRA. По оценкам экспертов, сигналы гравитационных волн от сливающихся систем двойных нейтронных звезд будут обнаружены в течение следующих пяти лет.
«Эти сигналы нелегко обнаружить, потому что они имеют чрезвычайно малую амплитуду». Но, несмотря на эти сложные условия, их можно найти, если заранее знать, что искать », — пояснил профессор Лучано Резцолла из Института теоретической физики Университета Гете. Вместе с японским коллегой из Университета Осаки он изучал ряд двойных систем нейтронных звезд с помощью новейших методов моделирования и обнаружил, что слияние звезд порождает характерные спектры гравитационных волн ". Эти спектры соответствуют, по крайней мере, логически, электромагнитным спектральным линиям, излучаемым атомами или молекулами. Из них мы можем получить информацию о характеристиках звезд », — объясняет Резцолла.
Как показывают астрофизики в двух публикациях с аналогичным содержанием в Physical Review Letters (опубликованных в ноябре 2014 г.) и в текущем выпуске Physical Review D, спектр гравитационных волн подобен отпечаткам пальцев для двух звезд. Если ученые научатся интерпретировать эти спектры, они будут знать, из чего состоят нейтронные звезды, и смогут определить, каково их уравнение состояния, которое пока неизвестно. Уравнения состояния описывают термодинамические свойства систем как функцию переменных, таких как давление, температура, объем или количество частиц.
Резцолла добавляет: «Это очень захватывающая возможность, потому что тогда мы сможем разгадать загадку, которая оставалась неразгаданной в течение 40 лет: из чего состоят нейтронные звезды и какова их звездная структура?»«Если сигнал сильный и отпечаток пальца очень четкий, достаточно даже одного измерения», — прогнозирует Резцолла. «Перспективы решения загадки нейтронных звезд никогда не были такими хорошими. Гравитационные волны, которые мы надеемся обнаружить через несколько лет, уже прибывают из самых дальних уголков Вселенной».