Вчені вперше спостерігали слабкі хвилі, викликані рухом чорних дір, які м’яко розтягують і стискають все у Всесвіті. У середу вони повідомили, що їм вдалося «почути» так звані низькочастотні гравітаційні хвилі — зміни у тканині Всесвіту, створені величезними об’єктами, які рухаються навколо та стикаються в космосі.
«Це справді перший випадок, коли ми маємо докази просто такого великомасштабного руху всього у Всесвіті», — сказала Маура Маклафлін, співдиректор NANOGrav, науково-дослідної спільноти, яка опублікувала результати в The Astrophysical Journal Letters.
Ейнштейн передбачив, що коли справді важкі об’єкти рухаються крізь простір-час — тканину нашого Всесвіту — вони створюють брижі, які поширюються крізь цю тканину. Вчені іноді порівнюють ці брижі з фоновою музикою Всесвіту.
У 2015 році вчені використали експеримент під назвою LIGO, щоб вперше виявити гравітаційні хвилі, і показали, що Ейнштейн був правий. Але поки ці методи здатні вловлювати хвилі лише на високих частотах, пояснила член NANOGrav К’яра Мінгареллі, астрофізик з Єльського університету. За словами Мінгареллі, ці швидкі «щебетання» виникають у певні моменти, коли відносно невеликі чорні діри та мертві зірки врізаються одна в одну.
В останніх дослідженнях вчені шукали хвилі на набагато нижчих частотах. Ці повільні хвилі можуть тривати роки або навіть десятиліття, щоб змінюватися вгору та вниз, і, ймовірно, походять від деяких з найбільших об’єктів у нашому Всесвіті: надмасивних чорних дір, маса яких у мільярди разів перевищує масу нашого Сонця.
Галактики у всьому Всесвіті постійно стикаються та зливаються разом. Коли це відбувається, вчені вважають, що величезні чорні діри в центрах цих галактик також збираються разом і починають танцювати, перш ніж остаточно згорнуться одна в одну, пояснив Саболч Марка, астрофізик з Колумбійського університету, який не брав участі в дослідженні.
Чорні діри посилають гравітаційні хвилі, коли вони обертаються в цих парах, відомих як подвійні.
«Надмасивні подвійні системи чорної діри, які повільно й спокійно обертаються навколо одна одної, є тенорами та басом космічної опери», — сказала Марка.
Жоден інструмент на Землі не міг вловити хвилі від цих гігантів. Тож «нам довелося створити детектор розміром приблизно з галактику», — сказав дослідник NANOGrav Майкл Лем з Інституту SETI.
Результати, опубліковані цього тижня, включали дані за 15 років від NANOGrav, яка використовувала телескопи по всій Північній Америці для пошуку хвиль. Інші групи мисливців за гравітаційними хвилями по всьому світу також опублікували дослідження, зокрема в Європі, Індії, Китаї та Австралії.
Вчені направили телескопи на мертві зірки, які називаються пульсарами, які посилають спалахи радіохвиль, обертаючись у космосі, як маяки.
Ці спалахи настільки регулярні, що вчені точно знають, коли радіохвилі мають прийти на нашу планету — «як ідеально правильний годинник, що відбиває далеко в космосі», — сказала член NANOGrav Сара Вігеланд, астрофізик з Університету Вісконсін-Мілуокі. . Але коли гравітаційні хвилі деформують тканину простору-часу, вони фактично змінюють відстань між Землею та цими пульсарами, порушуючи це рівномірне биття.
Аналізуючи крихітні зміни швидкості тикання в різних пульсарах — причому одні імпульси надходять трохи раніше, а інші — із запізненням, — вчені могли визначити, що через них проходили гравітаційні хвилі.
Команда NANOGrav спостерігала за 68 пульсарами в небі за допомогою телескопа Green Bank у Західній Вірджинії, телескопа Аресібо в Пуерто-Ріко та Very Large Array у Нью-Мексико. Інші групи знайшли подібні докази в десятках інших пульсарів, за якими спостерігали за допомогою телескопів по всьому світу.
Поки що цей метод не зміг простежити, звідки саме надходять ці низькочастотні хвилі, сказав Марк Камьонковскі, астрофізик з Університету Джона Гопкінса, який не брав участі в дослідженні.
Замість цього він розкриває постійний гул, який нас оточує, наприклад, коли ви стоїте посеред вечірки, «ви почуєте, як усі ці люди розмовляють, але ви не почуєте нічого конкретного», — сказав Камьонковскі. .
За словами Мінгареллі, фоновий шум, який вони виявили, «голосніший», ніж очікували деякі вчені. Це може означати, що в космосі відбувається більше або більше злиття чорних дір, ніж ми думали, або вказувати на інші джерела гравітаційних хвиль, які можуть поставити під сумнів наше розуміння Всесвіту.
Дослідники сподіваються, що продовження вивчення цього виду гравітаційних хвиль допоможе нам дізнатися більше про найбільші об’єкти в нашому Всесвіті. Це може відкрити нові двері до «космічної археології», яка може відстежувати історію чорних дір і галактик, які зливаються навколо нас, сказав Марка.
«Ми починаємо відкривати це нове вікно у всесвіті», — сказав Вігеланд.