Смогут ли 15 лет данных показать наличие фона низкочастотных гравитационных волн?
Движение черных дыр и других массивных объектов в космосе может создавать рябь в ткани Вселенной - гравитационные волны. Теперь, после 15 лет сбора данных с помощью нескольких радиотелескопов, разбросанных по всей Земле, мы, возможно, наконец-то нашли доказательства существования фона низкочастотных гравитационных волн, пронизывающих весь космос. Считается, что они возникают в результате событий, при которых высвобождается большое количество энергии, например, при слиянии сверхмассивных черных дыр.
Использовать условные обозначения просто необходимо, поскольку об открытии было предварительно объявлено только вечером 28 июня международной коллаборацией North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav). Официально открытие будет представлено и обсуждено на пресс-конференции вечером 29 июня, в 20:00 по московскому времени, прямая трансляция которой будет вестись .
NANOGrav и исследования низкочастотных гравитационных волн
NANOGrav посвящен исследованию низкочастотных, то есть длинноволновых гравитационных волн. Это возмущения в пространстве-времени, которые распространяются во Вселенной, но с относительно низкой частотой. Они могут генерироваться высокоэнергетическими космическими событиями, такими как слияние сверхмассивных черных дыр или столкновения галактик.
В отличие от высокочастотных гравитационных волн, которые были обнаружены такими приборами, как LIGO и Virgo, низкочастотные гравитационные волны (в диапазоне наногерц) имеют настолько низкую частоту, что в настоящее время не существует приборов, способных обнаружить их напрямую. Для сравнения ученые привели такой пример: обнаружение фона гравитационных волн аналогично тому, как если бы вы услышали гул большой группы людей, разговаривающих на вечеринке, не различая ни одного конкретного голоса.
Однако ученые никогда не прекращали разрабатывать новые технологии, чтобы попытаться найти, обнаружить и картировать их. Ведь их обнаружение может дать дополнительную информацию о Вселенной и ее эволюции, а также подтвердить и расширить наши знания об общей теории относительности Эйнштейна.
Почему это заняло 15 лет?
Для того чтобы охарактеризовать этот тип гравитационных волн, NANOGrav использует синхронизацию радиопульсаров (массив синхронизации пульсаров). Пульсары - это сильно намагниченные нейтронные звезды, которые регулярно излучают высокоточные радиосигналы. Когда гравитационные волны пересекают пространство между Землей и пульсарами, они влияют на время прихода радиосигналов, испускаемых этими звездами. Точно отслеживая время прихода таких сигналов от различных пульсаров в небе, можно обнаружить низкочастотные гравитационные волны.
В рамках сотрудничества NANOGrav используется обширная сеть радиотелескопов для непрерывного наблюдения за выбранным набором пульсаров, распределенных по небу. К ним относятся обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико (больше не действует), телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и Очень большой массив в Нью-Мексико. Затем исследователи анализируют данные, собранные этими радиотелескопами, чтобы найти любые изменения во времени прихода сигналов от пульсаров. Любое периодическое или последовательное отклонение в наблюдениях может свидетельствовать о наличии низкочастотных гравитационных волн.
Этот метод требует длительного периода непрерывных наблюдений для точного обнаружения слабых вариаций времени прихода сигналов пульсаров. Именно поэтому потребовалось 15 лет наблюдений и сбора данных с очень высокой точностью, в которых приняли участие более 190 ученых из США и Канады, чтобы проследить за 68 пульсарами в небе. Пульсары действовали как сеть буев, плавающих в медленном море гравитационных волн.
Результаты NANOGrav будут опубликованы в серии статей в журнале Astrophysical Journal Letters. Вот , описывающая доказательства существования низкочастотных гравитационных волн.