Гравітаційна хвиля було безпосередньо виявлено вперше в 2015 році після століття його передбачення загальною теорією відносності Ейнштейна в 1916 році. Але безперервна низька частота Гравітаційне-хвильовий фон (GWB), який, як вважають, присутній у всьому всесвіт безпосередньо досі не виявлено. Дослідники Північноамериканської наногерцевої обсерваторії Гравітаційні хвилі (NANOGrav) нещодавно повідомили про виявлення низькочастотного сигналу, який може бути «фоном гравітаційних хвиль (GWB)».
Загальна теорія відносності, запропонована Ейнштейном у 1916 році, передбачає, що основні космічні події, такі як наднова або злиття чорних дір повинні виробляти гравітаційні хвилі які поширюються через Всесвіт. Земля повинна бути наповнена гравітаційні хвилі постійно з усіх боків, але їх не помічають, тому що вони стають надзвичайно слабкими, коли досягають землі. На пряме виявлення гравітаційної брижі знадобилося близько століття, коли в 2015 році команда LIGO-Virgo успішно виявила гравітаційні хвилі вироблено внаслідок злиття двох чорних дір знаходиться на відстані 1.3 мільярда світлових років від Землі (1). Це також означало, що виявлені брижі були носієм інформації про космічну подію, що сталася близько 1.3 мільярда років тому.
З моменту першого виявлення в 2015 році велика кількість гравітаційні брижі були записані до теперішнього часу. Більшість з них виникли внаслідок злиття двох чорних дір, небагато були внаслідок зіткнення двох нейтронних зірок (2). Всі виявлені гравітаційні хвилі до теперішнього часу були епізодичними, зумовленими бінарною парою чорних дір або нейтронні зірки, що обертаються по спіралі та зливаються або стикаються одна з одною (3) і мали високу частоту, коротку довжину хвилі (в діапазоні мілісекунд).
Однак, оскільки існує можливість великої кількості джерел гравітаційні хвилі в всесвіт тому багато гравітаційні хвилі разом з усіх кінців всесвіт може безперервно проходити через землю весь час, утворюючи фон або шум. Це повинно бути безперервним, випадковим і малочастотним. Вважається, що деяка його частина може навіть походити від Великого вибуху. Дзвонив Гравітаційне-хвильовий фон (GWB), досі не виявлено (3).
Але ми можемо бути на порозі прориву, – вважають дослідники Північноамериканської наногерцевої обсерваторії Гравітаційні хвилі (NANOGrav) повідомили про виявлення низькочастотного сигналу, який міг бути «фоном гравітаційних хвиль (GWB)» (4,5,6).
На відміну від команди LIGO-virgo, яка виявила гравітаційна хвиля з окремих пар чорних дір, команда NANOGrav шукала стійкі, подібні до шуму, «комбіновані» гравітаційна хвиля створені протягом дуже тривалого часу незліченною кількістю чорні діри в всесвіт. Основна увага була приділена «дуже довгій хвилі» гравітаційна хвиля на іншому кінці "спектру гравітаційних хвиль".
На відміну від світла та інших електромагнітних випромінювань, гравітаційні хвилі неможливо спостерігати безпосередньо в телескоп.
Вибрала команда NANOGrav мілісекунда пульсари (MSP), які обертаються дуже швидко з довгостроковою стабільністю. Від цих пульсаторів виходить постійне світло, яке має бути змінено гравітаційною хвилею. Ідея полягала в тому, щоб спостерігати та контролювати ансамбль ультрастабільних мілісекундних пульсарів (MSP) для корельованих змін у часі надходження сигналів на Землю, таким чином створюючи “Galaxyдетектор гравітаційних хвиль у нашому власному розмірі галактика. Команда створила тактовий масив пульсарів, вивчивши 47 таких пульсарів. Обсерваторія Аресібо та телескоп Грін-Бенк були такими радіо телескопи, що використовуються для вимірювань.
Набір даних, отриманий на даний момент, включає 47 MSP та понад 12.5 років спостережень. Виходячи з цього, неможливо остаточно довести пряме виявлення GWB, хоча виявлені низькочастотні сигнали дуже вказують на це. Можливо, наступним кроком було б включити більше пульсарів до масиву та вивчати їх протягом більш тривалого періоду часу для підвищення чутливості.
Для вивчення всесвіт, вчені залежали виключно від електромагнітного випромінювання, такого як світло, рентген, радіо хвилі тощо. Будучи абсолютно не пов’язаним з електромагнітним випромінюванням, виявлення гравітації в 2015 році відкрило нове вікно можливостей для вчених для вивчення небесних тіл і розуміння всесвіт особливо ті небесні явища, які невидимі для електромагнітних астрономів. Крім того, на відміну від електромагнітного випромінювання, гравітаційні хвилі не взаємодіють з матерією, тому подорожують практично безперешкодно, несучи інформацію про своє походження та джерело без будь-яких спотворень.(3)
Виявлення фону гравітаційних хвиль (GWB) ще більше розширить можливості. Можливо, навіть стане можливим виявити хвилі, породжені Великим вибухом, що може допомогти нам зрозуміти походження всесвіт кращим способом.
***
Список використаної літератури:
- Кастельвеккі Д. та Вітце А., 2016. Нарешті знайшли гравітаційні хвилі Ейнштейна. Новини природи 11 лютого 2016 р. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Кастельвеккі Д., 2020. Що 50 гравітаційно-хвильових подій розкривають про Всесвіт. Nature News опубліковано 30 жовтня 2020 р. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Джерела та типи гравітаційних хвиль. Доступний онлайн за адресою https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Доступ 12 січня 2021 року.
- Співпраця NANOGrav, 2021. NANOGrav знаходить можливі «перші підказки» низькочастотного фону гравітаційних хвиль. Доступний онлайн за адресою http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Доступ 12 січня 2021 року
- NANOGrav Collaboration 2021. Прес-брифінг – Пошук фону гравітаційних хвиль за 12.5 років даних NANOGrav. 11 січня 2021 р. Доступно онлайн за адресою http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Набір даних NANOGrav 12.5 yr: Пошук ізотропного стохастичного фону гравітаційних хвиль. The Astrophysical Journal Letters, том 905, номер 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
