Ученые нашли намек на фоновый шум Вселенной
С тех пор, как ученые впервые обнаружили гравитационные волны от пары сталкивающихся черных дыр в 2015 году, появляется все больше свидетельств того, что Вселенная должна быть полна ими.
Каждое массовое событие - каждое слияние черных дыр или нейтронных звезд, каждая сверхновая - должно было посылать гравитационные волны в пространство-время.
Совокупный эффект всех этих волн должен был бы создать слабый фоновый гул, который пронизывает всю Вселенную. Прогнозируется, что этот фон гравитационных волн будет слабым и его очень трудно обнаружить. Тем не менее, год назад ученые из международной коллаборации NanoGRAV заявили, что, возможно, им это удалось.
Теперь от консорциума International Pulsar Timing Array (IPTA) появились предварительные новые доказательства того, что мы, возможно, обнаружили гул. Если это подтвердится, это будет действительно очень большое дело.
"Это очень захватывающий сигнал!" - говорит астрофизик Сиюань Чен из Парижской обсерватории и CNRS во Франции. "Хотя у нас пока нет окончательных доказательств, мы, возможно, начинаем обнаруживать фон гравитационных волн".
Как мы объясняли в прошлом году, сигнал исходит от наблюдения мертвой звезды, называемой пульсаром. Это нейтронные звезды, которые ориентированы таким образом, что испускают лучи радиоволн от своих полюсов, вращаясь со скоростью миллисекунды, сравнимой со скоростью кухонного блендера.
Эти вспышки невероятно точно рассчитаны по времени, а это означает, что пульсары, возможно, являются самыми полезными звездами во Вселенной.
Изменения в их времени могут быть использованы для навигации, для исследования межзвездной среды и изучения гравитации. С момента открытия гравитационных волн астрономы также использовали их для их поиска.
Это связано с тем, что гравитационные волны искажают пространство-время, проходя сквозь них, что теоретически должно изменить — очень незначительно — синхронизацию радиоимпульсов, испускаемых пульсарами, когда пространство-время между нами и ними растягивается и сжимается.
Отдельный пульсар мало что может нам сказать, но если эти временные вариации наблюдаются у нескольких пульсаров, это может указывать на присутствие гравитационных волн. Это называется временным массивом пульсара.
Набор данных команды основан на наблюдениях за 65-миллисекундными пульсарами, временные характеристики которых согласуются с тем, что мы ожидаем от фона гравитационных волн.
Это не твердое доказательство, по крайней мере пока. Но это на шаг ближе к этому.
Что действительно нужно ученым, так это увидеть особый сигнал в парах пульсаров, сила которого зависит от их пространственного расстояния в небе. Мы этого еще не видели, потому что сигнал слишком слабый, но сигнал, который мы увидели, — это то, что мы ожидали увидеть первым.
"Первым намеком на фон гравитационных волн может быть сигнал, подобный тому, который можно увидеть в Выпуске 2 данных Международной системы синхронизации пульсаров", — говорит астрофизик Бхал Чандра Джоши из Национального центра радиоастрофизики в Индии.
"Затем, с большим количеством данных, сигнал станет более значимым и покажет пространственные корреляции, и в этот момент мы узнаем, что это фон гравитационных волн. Мы с нетерпением ждем возможности предоставить несколько лет новых данных IPTA для впервые, чтобы помочь обнаружить фон гравитационных волн".
Другие причины сигнала также должны быть исключены.
"Мы также изучаем, чем еще может быть этот сигнал", — говорит астрофизик Борис Гончаров из Научного института Гран-Сассо в Италии.
"Например, возможно, это могло быть результатом шума, присутствующего в данных отдельных пульсаров, которые могли быть неправильно смоделированы в наших анализах".
Это означает, что предстоит еще много научных исследований, прежде чем мы сможем окончательно заявить, что фон гравитационных волн обнаружен. Но имея доказательства на руках, разумно начать немного волноваться.
Это потому, что, если мы обнаружили фон гравитационных волн, наиболее вероятным источником являются столкновения между одними из самых массивных объектов во Вселенной — сверхмассивными черными дырами.
Это означает, что сигнал может помочь решить такие загадки, как последняя проблема парсека, которая предполагает, что сверхмассивные черные дыры не могут сливаться, и помочь нам лучше понять галактическую эволюцию и рост.
"Обнаружение гравитационных волн от массивных двойных черных дыр или от другого космического источника даст нам беспрецедентное понимание того, как формируются и растут галактики, или космологических процессов, происходящих в молодой Вселенной", — говорит астрофизик Альберто Веккио из Университета им. Бирмингем в Великобритании. "Для достижения этой цели необходимы крупные международные усилия масштаба IPTA, и следующие несколько лет могут принести нам золотой век для этих исследований Вселенной".
