Крупная команда астрономов под названием NANOGrav Collaboration объявила о необычайном событии: первом доказательстве фонового гула гравитационных волн, пронизывающего нашу вселенную. В качестве измерительного прибора, группа астрономов использовала мертвые звезды по всей галактике в качестве измерительного прибора сопоставимого по размеру с Млечным Путем, с целью найти искажающие волнения.
"Последние 15 лет мы выполняли миссию по поиску этого фона, - сказал на пресс-брифинге Стивен Тейлор, председатель NANOGrav и астроном Университета Вандербильта. "И мы очень рады сообщить, что наши труды окупились". Эти волны могут выявить виды черных дыр, разбросанных по космосу, что поможет астрономам понять, как растут и изменяются галактики.
Гравитационные волны - это рябь в самой ткани пространства-времени. Как телескопы специализируются на разных участках электромагнитного спектра, так и эксперименты с гравитационными волнами чувствительны к разным длинам волн. Эксперимент LIGO, который обнаружил первые гравитационные волны в 2016 году, может обнаружить более короткие волны, например те, которые возникают при столкновении двух черных дыр звездного размера. Но он не может почувствовать более длинные, низкочастотные волны, которые, по мнению некоторых астрономов, являются ключом к разгадке истории Вселенной.
"Если мы хотим наблюдать за самыми большими черными дырами, чтобы лучше понять эволюцию галактик, а также проверить теории на границах современной физики, нам необходимо иметь возможность наблюдать низкочастотные гравитационные волны", - говорит астроном Университета Вандербильта Уильям Лэмб, который входит в команду NANOGrav.
Такие волны исходят от самых массивных черных дыр, которые должны сливаться по всей Вселенной, создавая фоновый шум, подобный космическим телевизионным помехам. Некоторое время астрономы опасались, что эти чудовищные черные дыры никогда не смогут сблизиться настолько, чтобы объединиться в один галактический центр, что стало бы большой проблемой для нашего понимания эволюции галактик - и привело бы к более тихому гравитационному волновому фону. Поскольку NANOGrav услышал сигнал, теперь астрономы знают, что эти черные дыры действительно сталкиваются, и могут выяснить детали того, как галактики сливаются. Гравитационные волны, возникшие сразу после Большого взрыва, также могут вносить свой вклад в этот фон, предлагая один из способов исследовать первые секунды существования Вселенной.
Чтобы обнаружить такой низкочастотный сигнал, астрономам нужен эксперимент размером больше, чем вся Земля - возможно, размером с целую галактику. К счастью, природа предоставила именно такой инструмент: пульсары. Пульсары - это мертвые ядра самых тяжелых звезд, которые извергают струи света и вращаются невероятно быстро. Как будто мы наблюдаем за лучами маяка, мы видим, что они пульсируют ярче, когда их струя вращается в нашу сторону, и природа - лучший смотритель маяка, поскольку пульсары так же предсказуемы по времени, как атомные часы.
Однако когда пульсары налетают на гравитационную волну, пространственно-временная рябь искажает эту точность. Массивы пульсаров (PTA) - это совокупность радиотелескопов, которые регистрируют пульсары по всей Галактике и могут измерять эти мельчайшие отклонения в сверхточных в остальном часах пульсаров. Вместе множество крошечных сдвигов в периодах пульсаров создают картину того, как длинная низкочастотная гравитационная волна распространяется по галактике. Чтобы провести эти измерения, NANOGrav использовал телескопы по всей Северной Америке: знаменитый телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико (который уже разрушился), телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии, Очень большой массив в Нью-Мексико и эксперимент CHIME в Канаде.
Определение времени пульсаров "в корне отличается от того, как LIGO обнаруживает гравитационные волны", - говорит астроном Университета Миссисипи Сумит Кулкарни, который не принимал участия в новой работе. "Что мне кажется особенно удивительным в этом открытии, так это координация работы многочисленных телескопов и участников, - добавляет он.
В новом результате использованы 15-летние данные с родительских телескопов NANOGrav, но они не достаточно надежны, чтобы команда могла назвать их официальным обнаружением. Вместо этого исследователи используют термин "сильное доказательство". Но поскольку сигнал нарастает со временем, они уверены, что через несколько лет у них будет четкое обнаружение. "Мы сможем создавать все более качественные карты неба гравитационных волн", - сказал на пресс-брифинге Люк Келли, астроном из Калифорнийского университета в Беркли и член команды NANOGrav.
Полные последствия этого обнаружения еще предстоит понять, но изучение этих низкочастотных волн только начинается. Члены Международной системы синхронизации пульсаров (International Pulsar Timing Array) располагают аналогичными данными со всего мира, включая Австралию, Китай и Индию. Эти измерения станут еще более мощными, когда астрономы соберут их воедино, возможно, в течение следующего года.
Источник: https://www.popsci.com/science/gravitational-waves-nanograv/