Фоновый «гул» пронизывает Вселенную. Ученые спешат найти его источник

Aug 04, 2023

Сейчас астрономы пытаются определить происхождение новой захватывающей формы гравитационных волн, о которой было объявлено ранее в этом году.

В июне новая эра в астрономии началась с очевидного открытия низкочастотных гравитационных волн — окружающего гула пространственно-временной ряби, пронизывающего Вселенную. Это заявление было сделано благодаря огромному сотрудничеству исследователей со всего мира. Группы в США, Европе, Индии, Австралии и Китае работают над своими собственными подобными экспериментами и объединяют свои данные для улучшения результата. Имея теперь под рукой доказательства существования этих ранее невиданных гравитационных волн, все эти разрозненные команды лихорадочно собирают больше данных для более великой цели: точно понять, откуда на самом деле исходит этот фоновый шум. Многие эксперты подозревают, что шум в основном исходит от пар сверхмассивных черных дыр, спиралевидно сливающихся друг с другом в постепенном процессе слияния, но вместо этого он может исходить из еще более странных источников, которые могут представлять собой захватывающие новые разделы физики. «Мы находимся в самом начале этой области», — говорит Кьяра Мингарелли из Йельского университета, входящего в возглавляемую США коллаборацию NANOGrav.

Объявление было сделано 28 июня от NANOGrav и других так называемых пульсарных временных решеток (PTA), которые используют радиотелескопы для отслеживания точного времени прибытия регулярных вспышек от пульсаров, быстро вращающихся нейтронных звезд, оставшихся после сверхновых. Используя десятки пульсаров и отслеживая время прибытия импульсов с точностью до наносекунды в десятилетнем масштабе времени, они могут различать фоновые гравитационные волны, проходящие через нашу Солнечную систему. Такие волны слегка сжимают или расширяют пространство между нашей планетой и целевыми пульсарами, создавая характерные смещения во времени прибытия импульсов. Этот удивительный результат последовал за более ранней эпохой открытий, которая началась в 2015 году, когда Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) впервые обнаружила гравитационные волны, порождаемые сталкивающимися черными дырами звездной массы и нейтронными звездами. LIGO, его европейский аналог Virgo и подобные объекты продолжают охоту за этими высокочастотными гравитационными волнами и сегодня.

Доказательства фонового гула низкочастотных гравитационных волн получены от 115 пульсаров, которые наблюдались на протяжении многих лет несколькими командами. Сейчас предпринимаются усилия по объединению всех этих данных о синхронизации пульсаров в единый набор данных в рамках Международной системы синхронизации пульсаров (IPTA), что улучшит общую чувствительность набора данных. «Мы работаем над этим вместе», — говорит Мингарелли. «У нас есть один представитель от каждого ОТА, который [работает] над объединением данных». Эти коллективные усилия продолжаются уже два года, и ожидается, что более точные результаты появятся к концу 2023 года или где-то в 2024 году. «Это будет самый чувствительный набор данных для синхронизации пульсаров, который когда-либо собирался». говорит Нихан Пол из Университета Вандербильта.

Неоднозначное участие Китая в присоединении к усилиям IPTA несколько усложняет ситуацию. «Они не являются частью соглашения об опубликовании данных», — говорит Скотт Рэнсом из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Вирджинии. «В ближайшие несколько месяцев они могут заявить, что хотят вести себя хорошо с остальным сообществом, или могут продолжать действовать самостоятельно. Мы просто не знаем». Китайская команда Pulsar Timing Array находится в завидном положении, поскольку имеет беспрепятственный доступ к огромному сферическому радиотелескопу с пятисотметровой апертурой (FAST) в юго-западном регионе страны. FAST гораздо более чувствителен, чем любой другой радиотелескоп, существующий в настоящее время, и в два раза мощнее, чем телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, который рухнул в 2020 году. «[FAST] намного лучше, чем почти любой другой [радио] телескоп в мире», — Рэнсом говорит. «Это невероятно для пульсаров, и точка». Например, хотя китайское PTA потратило всего три года на синхронизацию пульсаров с помощью FAST, оно все же смогло найти аналогичные намеки на низкочастотные гравитационные волны, на открытие которых NANOGrav потребовалось 15 лет. Члены китайской команды ОТА не ответили на запросы Scientific American о комментариях.