Физика фотоники подсказала новый тип гравитационных волн — связанные состояния

Гравитационные волны — рябь пространства-времени, впервые напрямую зафиксированная в 2015 году, — изучены в своих «свободных» формах: волны распространяются от источника и уходят к детекторам. Но существуют ли гравитационные волны в «связанных» состояниях, локализованных вблизи источника? Новая теоретическая работа, описанная на Phys.org, отвечает на этот вопрос, используя неожиданный математический инструментарий — уравнения из фотоники. Подробнее о смежной теме ранее писали «Пронедра» в материале о скрытых популяциях чёрных дыр по гравитационным волнам.

Фотонные кристаллы и волноводы давно изучают так называемые связанные состояния в континууме: ситуации, когда фотон удерживается в определённой области пространства, несмотря на то что окружающая среда не запрещает ему уйти. Это явление описывается строгими математическими условиями, и исследователи показали, что аналогичные условия можно записать для гравитационных возмущений.

Авторы разработали теоретическую модель, в которой гравитационная волна, взаимодействуя с кривизной пространства-времени вблизи плотного объекта — чёрной дыры или нейтронной звезды, — может удерживаться в «резонансном состоянии» значительно дольше, чем обычная проходящая волна. По сути, это гравитационный аналог оптической квазисвязанной моды.

Практическое значение двоякое. Во-первых, если такие режимы существуют, их детекторы — будущие версии LIGO/Virgo или космические интерферометры — могут обнаружить в виде характерных долгоживущих сигналов, что открывает новый источник информации о природе компактных объектов. Во-вторых, математическая аналогия между электромагнетизмом и гравитацией в этом контексте может ускорить разработку новых численных методов симуляции.

Работа носит теоретический характер. Экспериментальная верификация предсказанных режимов — задача для следующего поколения гравитационно-волновых детекторов.