Ученые обнаружили намек на гравитационные волны в пульсирующих звездах

Гравитационно-волновые интерферометры, такие как LIGO, - это впечатляющие инженерные достижения, отточенные годами для измерения едва заметной ряби в пространстве-времени, создаваемой массивными космическими объектами.

Но космос дал нам еще один инструмент, с помощью которого мы могли бы обнаруживать неуловимые сигналы гравитационных волн. Это тип мертвых звезд, называемых пульсарами, и задержки в их точно рассчитанных вспышках могут быть намеком на гравитационный волновой фон Вселенной - гул миллиардов лет космических столкновений и взрывающихся звезд.

Ранее в этом году коллаборация NANOGrav объявила, что они могли обнаружить этот гул. Теперь вторая группа, возглавляемая астрофизиками Борисом Гончаровым и Райаном Шенноном из Центра передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav) в Австралии, показала свои собственные результаты.

Хотя их выводы более консервативны, результаты не противоречат фону гравитационных волн. Это говорит о том, что, мы идем в правильном направлении, но еще предстоит проделать огромную работу, прежде чем можно будет сделать убедительное заявление.

"Недавно коллаборация Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav) нашла доказательства наличия компонента общего спектра в их 12,5-летнем наборе данных", - написали исследователи в своей статье.

"Здесь мы сообщаем о поиске фона с использованием второго выпуска данных Parkes Pulsar Timing Array. Если мы вынуждены выбирать между двумя моделями NANOGrav - одной с процессом общего спектра, а другой - без - мы находим сильную поддержку процесс общего спектра". Гравитационно-волновая астрономия все еще находится в зачаточном состоянии. С помощью интерферометров LIGO-Virgo здесь, на Земле, мы обнаружили гравитационные волны - огромные вспышки, возникающие при столкновении черных дыр и нейтронных звезд. Но во Вселенной должен быть гораздо более слабый сигнал - фон гравитационных волн. Это коллективный сигнал, накопленный за всю историю Вселенной. Каждая сталкивающаяся пара черных дыр или нейтронных звезд, каждая сверхновая с коллапсом ядра - даже сам Большой взрыв - должны были вызвать рябь, звенящую в пространстве-времени.

По прошествии всего этого времени эти волны будут слабыми, и их будет трудно найти, но все они предсказывают, что они будут создавать резонансный "гул" на фоне Вселенной.

Теперь, когда у нас есть подтверждение того, что гравитационные волны существуют и их можно обнаружить - открытию всего шесть лет - ученые ищут фон гравитационных волн. Он мог бы многое рассказать об истории Вселенной - его раскрытие было бы крупным научным прорывом. И хотя это будет нелегко, пульсары подают многообещающие перспективы.

Это тип нейтронных звезд, вращающихся с безумно высокой скоростью и ориентированных таким образом, что они при этом испускают лучи со своих полюсов - как космический маяк. Эти миллисекундные импульсы настолько регулярны, что мы можем использовать задержки в их синхронизации для ряда потенциальных приложений. Это называется синхронизацией пульсаров.

Поскольку гравитационные волны искривляют пространство-время, они теоретически должны приводить к минутным задержкам во времени пульсаров. Это то, что команда NANOGrav нашла в своих данных, и то, что команда OzGrav также искала.

"Фон [гравитационной волны] растягивается и сжимается в пространстве-времени между пульсарами и Землей, в результате чего сигналы от пульсаров приходят немного позже (растягиваются) или раньше (сжимаются), чем это могло бы произойти в противном случае, если бы не было гравитационных волн", - говорит Шеннон.

Команда проанализировала данные радиотелескопа Мурриянг в Парксе, Австралия, и обнаружила отклонения во времени излучения пульсаров, соответствующие тому, что мы ожидаем от фона гравитационных волн. Они также исключили другие потенциальные источники сигнала, такие как помехи от Юпитера и Сатурна.

Однако у нас все еще недостаточно данных, чтобы подтвердить, что мы действительно смотрим на фон гравитационных волн, а не, например, на обычный шум пульсаров. Нам нужно больше наблюдений и данных, чтобы определить, коррелируется ли сигнал со всеми пульсарами в небе, что потребует гораздо больше времени и работы.

Эта работа, а также работа NANOGrav в начале этого года - первые шаги на пути к такому обнаружению. Это невероятно захватывающее время для гравитационно-волновой астрономии.