«Откуда берутся волны?» Ученые ищут источник загадочных гравитационных сигналов сверхнизкой частоты
Сверхнизкочастотные гравитационные волны наногерцового диапазона, исходящие от пульсаров, могут дать ключ к раскрытию тайны устройства Вселенной, и новые японские исследования наконец позволяют ученым расшифровать это послание.
С момента их обнаружения в 2023 году неопределенное происхождение гравитационных волн наногерцового диапазона, наблюдаемых международными коллаборациями по синхронизации, оставалось предметом споров. Исследователи выделили две возможные версии, и новое исследование Университета Хиросаки было направлено на то, чтобы окончательно решить, какая из них предлагает лучшее решение этой космической загадки.
Объяснение гравитационных волн наногерцового диапазона
Пульсары известны постоянством своих вспышек, которые почти так же надежны, как тиканье часов. С помощью радиотелескопов исследователи могут наблюдать эти импульсы, чтобы собрать данные о том, что они раскрывают о Вселенной, а также о природе пульсаров.
Начиная с 2023 года, несколько исследовательских групп в США и Европе объявили, что, возможно, обнаружили новый тип гравитационных волн. Эти волны, получившие название наногерцовых гравитационных волн, существуют в огромных масштабах с длинами волн, измеряемыми в световых годах, и периодами, длящимися от месяцев до нескольких лет. Чтобы полностью наблюдать эти волны, исследователям необходимо широкое поле зрения, которое можно получить, наблюдая за ними с расстояний от сотен до тысяч световых лет.
«Сигнал был статистически достоверным, но ниже порога 5 сигма, который обычно требуют специалисты по физике элементарных частиц», — сказал Хидеки Асада, теоретический физик и профессор Университета Хиросаки. «Это «веское доказательство», но еще не подтвержденное обнаружение, однако сообщество космологов и астрофизиков считает, что мы приближаемся к первому обнаружению наногерцовых гравитационных волн».
Хотя для подтверждения результатов потребуются дополнительные данные, поиск источника этой важной информации — это совсем другая задача.
Источники волновых возмущений
«Есть два основных кандидата в источники наногерцовых гравитационных волн», — сказал Асада. «Один из них — космическая инфляция, которая могла вызвать колебания пространства-времени в самой ранней Вселенной, которые позже расширились до космических масштабов. Другой — это сверхмассивные двойные черные дыры, которые образуются при слиянии галактик. Оба сценария могут генерировать наногерцовые гравитационные волны».
Хотя источник гравитационных волновых импульсов остается стабильным, объекты, которые мешают им, изгибая пространство-время в различных точках на пути импульса к Земле, могут изменить их ритм, прежде чем сигналы достигнут нас. В этих искажениях нет ничего случайного; исследователи могут идентифицировать определенные паттерны, похожие на волны, расходящиеся по пруду.
Асада вместе с Шуном Ямамото, исследователем из Высшей школы науки и технологии Университета Хиросаки, предложил новый метод определения источника этих загадочных гравитационных волн, который они описали в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. В своей работе они идентифицируют биения, возникающие при взаимодействии почти идентичных частот волн, что оказывает длительное влияние на синхронизацию импульсов, когда они достигают наших наблюдательных платформ на Земле.
Ритм космоса
Команда опиралась на биения, обнаруженные путем наложения двух волн с похожей частотой, чтобы определить периоды их усиления и ослабления. На их основе они смогли идентифицировать двойную черную дыру, поскольку черные дыры имеют похожие частоты, производя идентифицируемое биение в своих паттернах. Если такое биение можно идентифицировать, это будет указывать на два конкретных и похожих источника, а не на случайный шум от диффузного космического фона. Для того чтобы сделать твердое утверждение, потребуется более веское подтверждение существования гравитационных волн наногерцового диапазона.
«Я думаю, что после подтверждения обнаружения с достоверностью 5 сигма, возможно, в течение нескольких лет, следующим шагом будет вопрос: каково происхождение этих волн?» — заключил Асада.
«На этом этапе наш метод может быть полезен для того, чтобы определить, происходят ли они от инфляции или от близлежащих сверхмассивных двойных черных дыр».
Статья команды была в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 15 октября 2025 года.