Астрономы открыли гравитационно-волновой фон Вселенной
Международный научный консорциум показал, что пространство-время измято гигантскими гравитационными волнами, порожденными слиянием сверхмассивных черных дыр.
Астрономы впервые представили экспериментальные доказательства очень длинных гравитационных волн, сминающих космическое пространство. Их зафиксировали наземные радиотелескопы, наблюдающие за пульсарами во многих странах мира. Сразу четыре международных консорциума опубликовали статьи (здесь, здесь и здесь) об этом на сервере научных препринтов Arxiv.org.
Согласно теории относительности Эйнштейна, гравитационные волны испускает любой объект, движущийся с ускорением. Чем массивнее объект и выше скорость, тем они заметнее. Гравитационное взаимодействие очень слабые по сравнению с электромагнитным, у него нет носителя-частицы, поэтому многие сомневались, что его удастся когда-либо зарегистрировать.
Ученые предполагали, что мощные гравитационные волны должны исходить от очень массивных космических тел, таких как пары черных дыр, двойные нейтронные звезды, белые карлики. Если построить очень чувствительные детекторы, то возможно что-то удастся уловить.
Наземные гравитационно-волновые детекторы начали строить в середине XX века. Только в 2015 году ученые из коллаборации LIGO сообщили о первых успехах. Были зарегистрированы короткие гравитационные волны от слияния черных дыр массой в несколько наших солнц. Сейчас же гравитационные волны, по сути, переоткрыли, но совершенно другим способом — используя пульсарный тайминг.
Пульсарами астрономы называют нейтронные звезды с сильным магнитным полем, постоянно испускающие потоки электромагнитного излучения. Потоки энергии настолько мощные, что спустя миллионы световых лет, их следы наблюдают на Земле. Самое удивительное свойство пульсаров — строгая периодичность.
Ученые предположили, что если пульсация объекта отклоняется от нормы, то это может означать воздействие на Землю, а значит и наши радиодетекторы, гравитационной волны. Чтобы это подтвердить, нужно наблюдать достаточно много пульсаров и одновременно зафиксировать у них аномальное поведение.
В 2016 году ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (США) теоретически показали, что действующие обсерватории и инструменты смогут заметить отклонения в пульсациях, если гравитационная волна будет очень длинной. Такие рождаются при слиянии сверхмассивных черных дыр в сталкивающихся галактиках.
К синхронному поиску сверхдлинных гравитационных волн подключились насколько научных коллабораций в мире, включая китайский радиотелескоп FAST и «Североамериканскую наногерцовую обсерваторию гравитационных волн» NANOGrav.
«Детектором для нас выступала половина галактики», — отмечают в NANOGrav. Ученые этого проекта мониторили пульсации от почти 70 объектов в поисках задержки в прибытии сигнала из-за воздействия гравитационной волны. Это очень точные наблюдения, требующие знать, где находится центр масс Солнечной системы с точностью до ста метров. Наблюдения заняли 15 лет.
Авторы работы полагают, что длинные гравитационные волны вызваны парой не до конца слившихся черных дыр массой несколько миллионов солнц. Они движутся по 15-летней орбите, постепенно сближаясь. Это заставляет их терять энергию, которая расходится волнами в пространстве-времени. Достигая Земли, волна заставляет ее слегка ворочаться, что и фиксируют детекторы, наблюдающие пульсары.
Авторы работы подчеркивают, что точность этого результата — четыре сигма, то есть они немного противоречивы, поскольку в физике принято считать открытием результат с точность пять сигма. Однако, согласно расчетам, один шанс из тысячи, что аномалии в пульсациях случайны, поэтому авторы надеются на подтверждение их данных в будущем.
