Detektor galaktického měřítka zachytí deformace pozadí v časoprostoru

Samotná struktura časoprostoru se neustále deformuje na nepředstavitelně malých měřítcích, jak nás zaplavují vlny z minulých kataklyzmat. Astrofyzici nyní detekovali pozadí moře gravitačních vln pomocí detektoru v měřítku galaxií, který se skládá z mrtvých hvězd.

Gravitační vlny jsou deformace v samotném časoprostoru, které jako první předpověděl Albert Einstein před více než stoletím. Ale teprve v roce 2015 byly poprvé přímo detekovány, když účelové zařízení LIGO zachytilo gravitační vlny ze srážky mezi černými dírami. Od té doby bylo provedeno asi 100 detekcí.

Všechno to byly vysokofrekvenční signály, krátké a ostré „výkřiky“ pocházející ze srážek mezi hustými objekty, jako jsou černé díry a neutronové hvězdy. Dlouho se však předpovídalo, že by na pozadí měly být také jakési hučení gravitačních vln s mnohem nižšími frekvenčními signály, které prostupují vesmírem z pomalejších událostí. Astronomové nyní tento šepot objevili.

Klíčem k průlomu bylo použití jiného typu detektoru. Předchozí pozorování byla provedena pomocí LIGO, Virgo a KAGRA, podzemních zařízení, která vysílají lasery do dlouhých tunelů a sledují drobná zkreslení, která mohou naznačovat, že se kolem převalila gravitační vlna a paprsek nepatrně ohnula.

Ale nová detekce funguje v galaktickém měřítku pomocí řady pulsarů. Tyto zbytky zhroucených hvězd mají silná magnetická pole a odpalují paprsky elektromagnetických signálů, které rotují jako majáky. Opakující se signál je tak přesný, že je předvídatelný až na zlomky nanosekundy, což z nich dělá jakési kosmické atomové hodiny. Když gravitační vlny projdou kolem – dokonce i ty s velmi nízkou frekvencí – fyzicky se protáhnou nebo zmenší vzdálenost k těmto pulsarům, takže signály dorazí o něco dříve nebo později.

Projekt NANOGrav pozoroval síť 68 pulsarů napříč Mléčnou dráhou po dobu 15 let a sledoval drobná narušení jejich rutin. Těmto pomalým vlnám může trvat roky nebo dokonce desetiletí, než projdou, takže výzkumníci byli schopni detekovat konzistentní signál pozadí nízkofrekvenčních gravitačních vln, jak se předpovídalo, pouze shromažďováním dat za tak dlouhou dobu.

Zatímco cvrlikání, které LIGO a další detektory slyší, pocházejí ze kolizí objektů o hmotnosti několika Sluncí, předpokládá se, že tento signál pozadí pochází z mnohem větších a pomalejších slučování mezi supermasivními černými dírami s hmotnostmi milionkrát většími.

Tým představil první předběžné výsledky před několika lety, ale s další prací nyní oznámil detekci sebevědoměji. To je po zohlednění ohromujícího množství dalších faktorů.

„Abychom vymazali pozadí gravitačních vln, museli jsme vypilovat množství matoucích efektů, jako je pohyb pulsarů, poruchy způsobené volnými elektrony v naší galaxii, nestability referenčních hodin na rádiových observatořích. a dokonce i přesnou polohu středu sluneční soustavy, kterou jsme určili s pomocí misí NASA Juno a Cassini,“ řekl Michele Vallisneri, člen týmu na NANOGrav.

Detekce budou jen přesnější, říká tým, až se v nadcházejících letech připojí další dalekohledy, které se k projektu připojí.

Výzkum byl publikován v sérii článků v The Astrophysical Journal. Tým popisuje práci ve videu níže.

Zdroj: Caltech