Гравитационные волны, которые мы встречали в космосе до сих пор, были похожи на настоящие цунами в море пространства-времени. Однако считается, по Вселенной также должна распространяться и легкая рябь. 13-летнее исследование света пульсаров, рассеянных по галактике выявило первые намеки на подобные «фоновые» сигналы.
Астрономы заявили о том, что, возможно, им наконец удалость отследить во Вселенной стабильный «фон», вызываемый гравитационными волнами.
Гравитационные волны — это искажения в самой ткани пространства и времени, обычно возникающие при столкновениях черных дыр и / или нейтронных звезд. Существование таких волн было впервые предсказано сто лет назад общей теорией относительности Эйнштейна, но прямые доказательства появились лишь в 2015 году, и с тех пор были обнаружены десятки самых разных гравитационных искажений.
Хотя они и происходят из самых энергичных событий во Вселенной, но к тому времени, когда эти волны достигают Земли, они фактически искажают реальность только в невероятно крошечных масштабах — примерно в одну тысячную ширины протона.
И даже в этом случае речь идет лишь о самых сильных волнах. Все обнаруженные до сих пор гравитационные волны были резкими, внезапными сигналами космических катаклизмов. Но, согласно логике и математическим моделям, во Вселенной также должен существовать устойчивый фоновый «гул» низкочастотных волн. Конечно, их гораздо труднее обнаружить, и именно этот поиск стал целью Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav).
«Другие обсерватории ищут гравитационные волны порядка секунд», — поясняет Джозеф Саймон, ведущий автор нового исследования. «Мы же ищем волны, которые имеют порядок лет или даже десятилетий».
В настоящее время для обнаружения гравитационных волн требуются чрезвычайно чувствительные инструменты, такие как LIGO и Virgo, которые излучают лазеры по туннелям длиной 4 км и следят за мельчайшими искажениями света. Но NANOGrav масштабируется таким образом, чтобы использовать... всю галактику.
Устойчивые световые сигналы пульсаров могут быть искажены фоном гравитационных волн - повсеместным искажением пространства-времени
NANOGrav/T. Klein
Пульсары — это быстро вращающиеся звезды, которые направляют лучи излучения над Землей в предсказуемых импульсах, причем их циклы остаются неизменными в течение эонов. Но, как и лазеры LIGO, гравитационные волны должны растягиваться и сжимать свет, что и может позволить астрономам обнаружить фон низкочастотной гравитационной волны.
Постоянные световые сигналы пульсаров могут искажаться фоном гравитационных волн – это так называемое повсеместное искажение пространства-времени. Команда NANOGrav наблюдала 45 пульсаров по всему Млечному Пути в период от 3 до 13 лет. И теперь наконец кажется, что полученные в результате исследования данные намекают на некий общий фоновый процесс.
«В наборе данных мы обнаружили сильный сигнал«, — рассказал Саймон. "Но пока не можем с уверенностью утверждать, что это именно фон гравитационной волны. Мы прошли через каждый из пульсаров один за другим и выявили определенную закономерность".
Команда пояснила, что необходимо будет провести дополнительную работу, чтобы подтвердить, исходит ли этот сигнал от фона гравитационной волны. В идеале в список наблюдения будет добавлено больше пульсаров, и нужно будет наблюдать за всей группой в течение более длительных периодов времени.
Если фон подтвердится, следующим шагом станет обнаружение его происхождения. Считается, что фоновые сигналы могут исходить от столкновений между сверхмассивными черными дырами, скрывающимися в центре галактик.
«Первые намеки на существование фоновых гравитационных волн предполагают, что сверхмассивные черные дыры, вероятно, действительно сливаются воедино. По факту, мы покачиваемся в море гравитационных волн, возникающих в результате слияния сверхмассивных черных дыр в галактиках по всей Вселенной», — заявила Джули Комерфорд, член команды НАНОГрав.