Ученые близки к обнаружению слабой ряби в пространстве-времени Вселенной

Международная группа ученых может быть близка к обнаружению заполняющей Вселенную слабой ряби в пространстве-времени. Пары черных дыр, в миллиарды раз массивнее Солнца, могут вращаться друг вокруг друга, создавая рябь в самом космосе. Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн (NANOGrav) более десяти лет использовала наземные радиотелескопы для поиска свидетельств этой пространственно-временной ряби, создаваемой гигантскими черными дырами. На этой неделе проект объявил об обнаружении сигнала, который может быть связан с гравитационными волнами, хотя участники не совсем готовы заявлять об успехе.

Пульсары и гравитационные волны
На этой иллюстрации показан проект NANOGrav, в котором наблюдаются космические объекты, называемые пульсарами, с целью обнаружения гравитационных волн – ряби в ткани космоса. Проект ищет фоновый сигнал гравитационной волны низкого уровня, который, как считается, присутствует во всей Вселенной.

Гравитационные волны были впервые теоретизированы Альбертом Эйнштейном в 1916 году, но напрямую они не были обнаружены почти столетие спустя. Эйнштейн показал, что пространство не является жестким фоном для Вселенной, а представляет собой гибкую ткань, которая деформируется и искривляется массивными объектами и неразрывно связана со временем. В 2015 году сотрудничество между лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн (LIGO) в США и интерферометром Девы в Европе объявило о первом прямом обнаружении гравитационных волн: они исходят из двух черных дыр, каждая из которых имеет массу примерно в 30 раз больше чем Солнце – кружатся и сливаются.

В новой статье, опубликованной в январском номере журнала Astrophysical Journal Supplements за январь 2021 года, проект NANOGrav сообщает об обнаружении необъяснимых флуктуаций, согласующихся с эффектами гравитационных волн, во времени 45 пульсаров, распространяющихся по небу и измеренных в течение 12 1/2 лет.

Пульсары – это плотные частицы материала, оставшиеся после взрыва звезды в виде сверхновой. Если смотреть с Земли, кажется, что пульсары мигают и гаснут. На самом деле свет исходит от двух устойчивых лучей, исходящих с противоположных сторон пульсара, когда он вращается, как маяк. Если гравитационные волны проходят между пульсаром и Землей, тонкое растяжение и сжатие пространства-времени, по-видимому, вносит небольшое отклонение в обычную синхронизацию пульсара. Но этот эффект неуловим, и известно, что более десятка других факторов также влияют на синхронизацию пульсаров. Основная часть работы, проделанной NANOGrav, заключается в том, чтобы вычесть эти факторы из временных данных для каждого пульсара, прежде чем искать признаки гравитационных волн.

LIGO и Virgo обнаруживают гравитационные волны от отдельных пар черных дыр (или других плотных объектов, называемых нейтронными звездами). Напротив, NANOGrav ищет устойчивый гравитационный волновой «фон» или похожую на шум комбинацию волн, созданных за миллиарды лет бесчисленными парами сверхмассивных черных дыр, вращающихся по орбите друг друга во Вселенной. Эти объекты производят гравитационные волны с гораздо большей длиной волны, чем те, которые обнаруживаются LIGO и Virgo – настолько длинными, что на прохождение одной волны стационарным детектором могут уйти годы. Таким образом, в то время как LIGO и Virgo могут обнаруживать тысячи волн в секунду, поиск NANOGrav требует данных за годы.

Каким бы заманчивым ни был последний вывод, команда NANOGrav не готова утверждать, что они нашли доказательства фона гравитационных волн. Почему возникают колебания? Чтобы подтвердить прямое обнаружение сигнатуры гравитационных волн, исследователям NANOGrav необходимо будет найти характерный паттерн в сигналах между отдельными пульсарами. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, эффект гравитационного волнового фона должен несколько по-разному влиять на синхронизацию пульсаров в зависимости от их положения относительно друг друга.

В этот момент сигнал слишком слаб, чтобы можно было различить такой рисунок. Повышение сигнала потребует от NANOGrav расширения набора данных и включения большего количества пульсаров, изучаемых в течение еще более длительных периодов времени, что повысит чувствительность массива. NANOGrav также объединяет свои данные с данными из других экспериментов с временными массивами пульсаров в рамках совместных усилий International Pulsar Timing Array, коллаборации исследователей, использующих самые большие радиотелескопы в мире.

«Попытка обнаружить гравитационные волны с помощью хронометра пульсаров требует терпения, – сказал Скотт Рэнсом из Национальной радиоастрономической обсерватории и нынешний председатель NANOGrav. – В настоящее время мы анализируем данные за более чем дюжину лет, но для окончательного обнаружения, вероятно, потребуется еще пара. Замечательно, что эти новые результаты – именно то, что мы ожидали увидеть по мере приближения к обнаружению».

Команда NANOGrav обсудила свои выводы на пресс-конференции 11 января на 237-м заседании Американского астрономического общества, которое проходит с 10 по 15 января. Мишель Валлиснери и Джозеф Лацио, астрофизики из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, и Завен Арзуманян из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде являются соавторами статьи. Джозеф Саймон, исследователь из Университета Колорадо в Боулдере и ведущий автор статьи, провел большую часть анализа для статьи в качестве постдокторского исследователя в JPL. Несколько докторантов НАСА приняли участие в исследовании NANOGrav во время работы в JPL. NANOGrav – это совместная работа астрофизиков США и Канады.

Realme Buds Air Pro имеют активное шумоподавление и прозрачный режим, а Xiaomi Mi 11 получил Snapdragon 888, Quad HD+ дисплей и динамики Harman Kardon.

Марсоход Perseverance готовится к мягкой посадке на Марс, а Китай планирует развернуть собственную модульную космическую станцию.

-->