Во Вселенной впервые обнаружили гравитационно-волновой фон

• 29.06.2023
• 108 просмотров

Изображение: Aurore Simonnet for the NANOGrav Collaboration

Ученые Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн NANOGrav впервые обнаружили во Вселенной фон гравитационных волн, возникший из-за сталкивающихся сверхмассивных черных дыр. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Исследователи, наблюдая за периодичностью пульсаров, выявили гигантские волны пространства-времени, которые составляют фон гравитационных волн. Они несут примерно в миллион раз больше энергии, чем волны, выявленные LIGO и Virgo, и являются ультранизкочастотными, так как на подъем и спад одной волны могут уйти годы или даже десятилетия. Поскольку гравитационные волны распространяются со скоростью света, длина одной волны может составлять десятки световых лет.

Когда между наблюдателем и пульсарами проходит гравитационная волна, их периодичность изменяется из-за искривления пространства-времени и сдвига в расстоянии, которое проходят радиоволны. Чтобы выявить прохождение гигантской гравитационной волны, исследователи в течение 15 лет измеряли точное время прибытия импульсов от 67 миллисекундных пульсаров в Млечном Пути с помощью обсерватории Аресибо, а также телескопов Green Bank и Very Large Telescope.

Были обнаружены намеки на дополнительный сигнал, общий для поведения всех пульсаров в выборке. Наиболее вероятными источниками гигантских гравитационных волн, искажающих частоты, являются пары сверхмассивных черных дыр, которые сближаются друг с другом, вращаясь по спирали, прежде чем столкнуться.

Результаты исследования объясняют так называемую проблему последнего парсека. Предполагается, что сближению сверхмассивных черных дыр способствуют окружающие звезды и газ, которые «крадут» энергию вращения. Это происходит до тех пор, пока расстояние между черными дырами не становится равным примерно одному парсеку или трем световым годам. В этом сценарии слияние является редким явлением, которое не способно создать гравитационно-волновой фон. Однако близкие черные дыры создают рябь пространства-времени, быстро теряя энергию вращения, что способствует их слиянию всего через несколько миллионов лет.

Авторы отмечают, что нельзя исключать более экзотические космологические и астрофизические источники. Например, согласно теории струн, гравитационные волны могут создаваться одномерными дефектами пространства-времени, называемыми космическими струнами. Фон также может быть результатом Большого Отскока, когда предшествующая Вселенная коллапсировала, прежде чем начать новое расширение.