RW Space

Это официально. Что-то там сотрясает звезды так, что это уже не может быть приписано случайности.

Несколько команд по всему миру независимо друг от друга обнаружили сигнал во времени мигания звезд, называемых пульсарами, который указывает на гигантские, длинные длина волны гравитационных волн, катящихся по галактике. Это еще не совсем обнаружение этих гравитационных волн, но существует более чем 99-процентная вероятность того, что то, на что мы смотрим, является чем-то значительным.

Команды в Австралии, США, Европе, Китае и Индия публикует свои результаты одновременно во множестве статей.

«Последние 15 лет мы выполняли миссию по поиску низкочастотного гула гравитационных волн, звучащего по всей Вселенной и омывающего нашу Галактика искривляет пространство-время измеримым образом», — заявил на брифинге для прессы астрофизик Стивен Тейлор из Университета Вандербильта и председатель американской команды НАНОГрав.

«Мы очень рады объявить что наша тяжелая работа окупилась, и… у нас есть захватывающие доказательства этого фона гравитационных волн».

Астрономия гравитационных волн — относительно новая область после обнаружения ряби пространства-времени, вызванной двумя сталкивающимися черных дыр в 2015 году. С тех пор наши наземные детекторы гравитационных волн зафиксировали около 100 подтвержденных событий гравитационных волн на момент написания этой статьи, все они возникли в результате слияния компактных объектов звездной массы — черных дыр и нейтронных звезд. p>

Гравитационные волны вызваны массовыми событиями во Вселенной . Представьте себе столкновение между черными дырами в виде камня, брошенного в пруд, и гравитационными волнами в виде ряби. Среда — это само пространство-время, и рябь, движущаяся со скоростью света, распространяется во всех направлениях, растягивая и сжимая пространство-время так, как мы можем обнаружить. Мы объяснили всю предысторию более подробно здесь, если вы хотите погрузиться глубже.

Теперь представьте, сколько черных дыр должно сталкиваться во Вселенной. И сколько других массовых событий должно порождать эту рябь. Пространство-время должно быть наполнено гравитационными волнами, но есть проблема. Земля просто слишком мала, чтобы обнаружить их на более длинных волнах в масштабе наногерц, которые могут простираться на световые годы, которые ожидаются при более масштабных событиях, таких как слияния сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.

К счастью, однако, мы живем в галактике, которая намного больше Земли. И в нашей галактике есть что-то, что излучает очень точно синхронизированные сигналы, на которые могут воздействовать гравитационные волны наногерца: радиопульсары. Это нейтронные звезды, которые вращаются очень быстро, и из их магнитных полюсов вырываются струи радиоизлучения. Когда они вращаются, эти лучи проносятся мимо Земли, как космический маяк, и, поскольку синхронизация этих импульсов очень точна, мы можем использовать их для обнаружения того, как пространство растягивается и сжимается, когда проходят гравитационные волны.

Одного мелкого сбоя в тайминге недостаточно. Но если у вас есть достаточное количество пульсаров с коррелированными сбоями в течение достаточно длительного периода времени, вы можете собрать доказательства большой гравитационной волны. Это то, что сделали разные команды по всему миру, изучая в общей сложности 115 пульсаров на период до 18 лет для временной решетки Parkes Pulsar Timing Array в Австралии.

проходящая гравитационная волна (в этой анимации она проходит прямо через экран вашего компьютера к вам) деформирует круг частицы характерным образом. (Знающие люди знают, что это только один возможный паттерн — линейная поляризация). 5/ pic.twitter.com/8FFJa97r3a

— Маркус Пёссель (@mpoessel) 25 июня 2023 г.

«Временная решетка пульсара представляет собой гравитационную волну галактического масштаба. детектор. Мы обнаружили общий «грохот» среди пульсаров в нашем массиве — сигнал на сверхнизких частотах», — сообщает ScienceAlert астрофизик Дэниел Рирдон из PPTA и Университета Суинберна в Австралии.

«Мы, вместе с нашими коллегами из других стран теперь также видят намек на отпечаток пальца, который идентифицирует этот грохот как исходящий от гравитационных волн».

У нас были намеки на этот сигнал раньше. В январе 2021 года НАНОграв опубликовал документ, в котором подробно описывалось то, что, по их мнению, было первым намеком на фон гравитационных волн в их данных о времени пульсара. В январе 2022 г. компания International Pulsar Timing Array последовала этому примеру со своим набором пульсаров.

Теперь, после кропотливой работы по определению того, что сигнал не был сгенерирован пульсарами или другим шумом в данных, исследователи пришли к выводу что сигнал является значительным.

Сигнал НАНОГрав имеет уровень достоверности 4 сигма для 67 пульсаров, или 99,349 процента. Сигнал PPTA имеет более низкий уровень достоверности, потому что он исследовал меньше пульсаров; их обнаружение основано всего на 30 звездах, но за более длительный период. Золотой стандарт открытия — 5 сигм. Так что предстоит еще много работы.

«Это еще не обнаружение гравитационных волн, — говорит Рирдон. «Этот отпечаток нужно будет сделать более четким, например, используя больше данных, чтобы подтвердить это как обнаружение гравитационных волн. Но тем не менее это очень интересно, потому что ожидалось, что отпечаток появится в наших наборах данных медленно, как это кажется делать с доказательствами, наблюдаемыми коллаборацией коллабораций временных массивов пульсаров».

Поскольку это еще не подтвержденное обнаружение гравитационных волн, исследователи не могут окончательно сказать, что его вызывает. Самый очевидный ответ — сверхмассивные черные дыры. Слияния сверхмассивных черных дыр должны происходить со скоростью, при которой Вселенная наполняется шумом гравитационных волн, подобно гулу моря.

Это не единственный потенциальный источник фонового гравитационного волнения. Космические струны, фазовые изменения во Вселенной, быстрое расширение пространства после Большого Взрыва — все это могло породить низкочастотные гравитационные волны. (Возможно, у Большого взрыва тоже, но длина волны будет равна размеру Вселенной — для этого у нас определенно нет достаточно большого детектора.)

То, что мы, вероятно, наблюдаем прямо сейчас является фоном сверхмассивной черной дыры.

«Мы знаем, что в ядре каждой большой галактики есть сверхмассивная черная дыра. Мы также знаем, что галактики сталкиваются, и когда это происходит, мы ожидаем, что сверхмассивные черные дыры утонут к центру и начинают вращаться друг вокруг друга, излучая гравитационные волны, — объясняет Рирдон.

«Чем дальше мы смотрим во Вселенную, тем больше таких систем сверхмассивных черных дыр мы можем увидеть. Очень большая популяция вращающихся вокруг сверхмассивных черных дыр в далекой Вселенной создает случайный океан гравитационных волн, которые омывают Землю и пульсары в нашей галактике».

Астрономия временных массивов пульсаров — долгая игра, но мы близки к подтвержденному сигналу. Отдельные временные массивы пульсаров по всему миру теперь объединили свои наборы данных и работают над подтверждением своих выводов в рамках сотрудничества IPTA. Это подтверждение должно прийти в течение года, а то и двух подряд.

Тогда может начаться смелая новая эра наногерцовой гравитационно-волновой астрономии. Исследователи смогут разделить сигнал, изучить его характеристики и определить источники массовых гравитационных сбоев, бушующих в космосе. Оттуда мы можем даже начать более подробно, чем когда-либо прежде, исследовать свойства сверхмассивных черных дыр.

«Эти работы с временными массивами пульсаров — первые намеки на гравитационные волны наногерцовой частоты», — Рирдон. сообщает ScienceAlert.

«Представить, что Вселенная на самом деле представляет собой бурлящий океан растягивающегося и сжимающегося пространства, невероятно. Сверхмассивные черные дыры — это космические чудовища в сердцах галактик, которые питаются газом и нарушают звездообразование. Я с нетерпением жду будущего, когда наши наблюдения за пульсарами откроют сложную карту гравитационных волн, исходящих от пар сверхмассивных черных дыр.Мы должны увидеть фоновое гудение Вселенной с точно определенными «горячими точками» гравитационных волн от отдельных пар сверхмассивных черных дыр. лежат в галактиках, которые мы можем идентифицировать.»

Документы PPTA должны быть опубликованы в The Astrophysical Journal Letters и Publications of the Astronomical Society of Australia. Пять статей НАНОграв будут опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. Работа китайского Pulsar Timing Array опубликована в разделе Исследования в области астрономии и астрофизики.

Мы добавим ссылки на другие статьи по мере их появления.