Нещодавнє виявлення вченими низькочастотних гравітаційних хвиль може пролити світло на те, що спричиняє постійний гул брижів у самій тканині простору й часу. На початку цього року, після 15 років пошуків, вчені нарешті почули фоновий гул низькочастотних гравітаційних хвиль, які наповнюють наш Всесвіт. Тепер може початися важка робота з пошуку джерела цих брижів у просторі-часі.
На цей час основними підозрюваними в цій справі є пари надмасивних чорних дір, маси яких у мільйони або навіть мільярди разів перевищують маси Сонця. Однак це не означає, що немає місця для кількох незвичайних підозрюваних, які потенційно можуть вказати нам на нову фізику.
Прорив був зроблений дослідниками з Північноамериканської наногерцевої обсерваторії гравітаційних хвиль (NANOGrav), які проаналізували 68 швидко обертових нейтронних зірок, також відомих як пульсари, які з регулярними інтервалами пропускають радіацію над Землею. Така діяльність дозволяє пульсарам перетворюватися на дуже точний космічний годинник, званий «системою вимірювання часу пульсарів».
Оскільки гравітаційні хвилі розповсюджуються по всьому космосу, вони спричиняють здавлювання та стискання самої тканини простору та часу, або простору-часу. Дані, пов’язані з цим ефектом, можна об’єднати з матрицями синхронізації пульсарів, щоб зрештою створити сигнал або «спектри», які можна виявити, для вивчення вченими.
Однак це не перший випадок виявлення гравітаційних хвиль. Попередні ідентифікації проводилися за допомогою Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO), починаючи з 2015 року, але річ у тому, що вони включали високочастотні гравітаційні хвилі з меншою довжиною хвилі від різних типів джерел, таких як чорні діри зоряної маси.
«Найбільше, що відрізняє ці гравітаційні хвилі, виявлені NANOGrav, — це довжина хвилі. Ці гравітаційні хвилі набагато довші», — сказав Space.com Скотт Ренсом, астроном Національної радіоастрономічної обсерваторії (NRAO) і колишній голова NANOGrav.
Ренсом також порівняв цю різницю зі знайомим феноменом електромагнітних частот: «Якщо ви думаєте про це в термінах електромагнітного спектра, NANOGrav схожий на радіоастрономію, а LIGO схожий на рентгенівську астрономію».
Ця різниця в частоті довжини хвилі між двома типами гравітаційних хвиль величезна.
Щоб пояснити це в перспективі, гравітаційні хвилі, виявлені LIGO, виражають хвилі довжиною в тисячі миль (або кілометрів) і мають частоту від мілісекунд до секунд. Навпаки, нові гравітаційні хвилі, виявлені NANOGrav, мають довжину хвилі в трильйони миль (або кілометрів). Це схоже на відстань між Сонцем і його сусідньою зіркою, Проксимою Центавра, яка становить приголомшливі 20 світлових років. Крім того, довжини гравітаційних хвиль NANOGrav мають частоти в масштабах років замість простих секунд.
На практиці це означає, що вченим потрібно зібрати дані NANOGrav за 15 років, щоб підтвердити виявлення низькочастотних гравітаційних хвиль. Але коли це трапляється, чекати варто.
Це тому, що ці результати можуть вказати нам на нову інформацію про наш Всесвіт.
«Експерименти з тактовою матрицею пульсарів, безумовно, є довгостроковими експериментами, до яких потрібно бути дуже терплячими, оскільки наш сигнал повільно зростає з часом», — сказав Ренсом. «Виявлення низькочастотних гравітаційних хвиль означає, що вони походять від джерел, які дуже відрізняються від джерел LIGO та Virgo, які є чорними дірами зіркової маси та злиттям нейтронних зірок». Джерело