Раскрыты секреты сверхнизкочастотных гравитационных волн

Гравитационные волны - рябь в ткани пространства-времени Эйнштейна, которые пересекают Вселенную со скоростью света есть на всех волнах или частотах. Ученым еще не удалось обнаружить гравитационные волны на чрезвычайно низких «наногерцовых» частотах, но ожидается, что исследуемые в настоящее время новые подходы довольно скоро подтвердят первые низкочастотные сигналы.

В основном методе используются радиотелескопы для обнаружения гравитационных волн с помощью пульсаров - экзотических мертвых звезд, которые излучают импульсы радиоволн с необычайной регулярностью. Например, исследователи из коллаборации NANOGrav используют пульсары для точного определения периодов вращения сети или массива миллисекундных пульсаров (наилучшее приближение астрономов к сети идеальных часов) распространенных по всей галактике. Их можно использовать для измерения частичных изменений, вызванных гравитационными волнами, когда они распространяются по Вселенной.

Вопрос о том, что производит эти сигналы, еще не решен. Ученые из Института гравитационно-волновой астрономии Университета Бирмингема утверждают, что будет чрезвычайно трудно прийти к ответу, используя только данные из массивов хронометража пульсаров (PTA).

Вместо этого в письме, опубликованном в журнале Nature Astronomy, они предполагают, что объединение новых данных с наблюдениями, сделанными другими проектами, такими как миссия Gaia Европейского космического агентства, поможет распутать различные сигналы, все еще сохраняющиеся с самых ранних периодов существования Вселенной, и интерпретировать их.

Основная теория сверхнизкочастотных гравитационных волн заключается в том, что они вызваны населением сверхмассивных черных дыр в центре сливающихся галактик. Когда галактики сливаются, их центральные черные дыры объединяются в пары, образуя двойные системы и генерируя гравитационные волны. В этом случае обнаружение гравитационных волн с помощью PTA предложит новые захватывающие способы изучения астрофизики сборки и роста галактик.

Есть и другие возможности. Гравитационные волны наногерцевого диапазона могут рассказать историю молодой Вселенной задолго до образования галактик и черных дыр. Фактически, было высказано предположение, что сигналы гравитационных волн крайне низкой частоты могут вместо этого генерироваться вскоре после Большого взрыва другими процессами; например, если Вселенная претерпела то, что физики называют фазовым переходом при правильной температуре.

Ведущий автор, доктор Кристофер Мур, сказал: «Первые предварительные намеки на сигнал гравитационной волны с использованием временных массивов пульсаров недавно были замечены NANOGrav, и мы ожидаем, что следующие несколько лет станут золотым веком для этой науки. Разнообразие объяснений этих сигналов увлекательно, но это тот еще лабиринт. Нам нужен способ отличить различные возможные источники друг от друга. В настоящее время это чрезвычайно сложно сделать с помощью одних только данных временной матрицы пульсаров».

Соавтор, профессор Альберто Веккьо, сказал: «Матрицы измерения времени пульсаров могут предложить беспрецедентное понимание древних космологических процессов. Разработка сложных методов интерпретации открытий будет означать, что мы действительно сможем начать понимать, как Вселенная была сформирована».