Το NANOGrav ανιχνεύει νέα βαρυτικά κύματα

Σήμερα, μια τεράστια ομάδα αστρονόμων κάλεσε το

Συνεργασία NANOGrav

ανακοίνωσε κάτι αξιοσημείωτο: τα πρώτα στοιχεία για ένα υπόβαθρο βουητό βαρυτικών κυμάτων που διαπερνά το σύμπαν μας. Η ερευνητική ομάδα, με έδρα τις ΗΠΑ και τον Καναδά, χρησιμοποίησε νεκρά αστέρια σε όλο τον γαλαξία ως συσκευή μέτρησης μεγέθους Γαλαξία για να βρει αυτούς τους παραμορφωτικούς κυματισμούς.

“Είμαστε σε μια αποστολή τα τελευταία 15 χρόνια” για να βρούμε αυτό το υπόβαθρο, είπε

Στίβεν Τέιλορ

, Πρόεδρος του NANOGrav και της αστρονομίας του Πανεπιστημίου Vanderbilt, σε συνέντευξη Τύπου. «Και είμαστε πολύ χαρούμενοι που ανακοινώνουμε ότι η σκληρή δουλειά μας απέδωσε καρπούς». Αυτά τα κύματα μπορούν να αποκαλύψουν τα είδη των μαύρων οπών που είναι διάσπαρτα στον κόσμο, κάτι που θα βοηθήσει τους αστρονόμους να καταλάβουν πώς μεγαλώνουν και αλλάζουν οι γαλαξίες.

Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στον ίδιο τον χωροχρόνο. Ακριβώς όπως τα τηλεσκόπια είναι εξειδικευμένα για διαφορετικά μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, τα πειράματα βαρυτικών κυμάτων είναι επίσης ευαίσθητα σε διαφορετικά μήκη κύματος. Το πείραμα LIGO, το οποίο βρήκε τα πρώτα βαρυτικά κύματα το 2016, μπορεί να ανιχνεύσει μικρότερα κύματα, όπως αυτά που δημιουργούνται όταν δύο μαύρες τρύπες μεγέθους αστεριού συντρίβονται μεταξύ τους. Αλλά δεν μπορεί να αισθάνεται μεγαλύτερα, χαμηλότερης συχνότητας κύματα, τα οποία ορισμένοι αστρονόμοι πιστεύουν ότι είναι το κλειδί για το ξεκλείδωμα της ιστορίας του σύμπαντος.

«Αν θέλουμε να παρατηρήσουμε τις μεγαλύτερες μαύρες τρύπες για να κατανοήσουμε περαιτέρω την εξέλιξη των γαλαξιών, καθώς και τις θεωρίες δοκιμών στα σύνορα της σύγχρονης φυσικής, πρέπει να είμαστε σε θέση να παρατηρούμε βαρυτικά κύματα χαμηλής συχνότητας», λέει ο αστρονόμος του Πανεπιστημίου Vanderbilt.

Ουίλιαμ Λαμπ

ο οποίος είναι μέλος της ομάδας NANOGrav.

[Related: Astronomers recorded a whopping 35 gravitational wave events in just 5 months]

Τέτοια κύματα προέρχονται από τις πιο ογκώδεις μαύρες τρύπες, οι οποίες θα πρέπει να συγχωνεύονται σε όλο το σύμπαν για να δημιουργήσουν θόρυβο φόντου, όπως η στατική κοσμική τηλεόραση. Για λίγο, οι αστρονόμοι ανησυχούσαν ότι αυτές οι μαύρες τρύπες τέρατα δεν θα μπορούσαν ποτέ να πλησιάσουν αρκετά ώστε να συνδυαστούν σε ένα γαλαξιακό κέντρο, κάτι που θα ήταν μεγάλο πρόβλημα για την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών και θα είχε ως αποτέλεσμα ένα πιο ήσυχο φόντο βαρυτικών κυμάτων. Δεδομένου ότι το NANOGrav άκουσε το σήμα, τώρα οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι αυτές οι μαύρες τρύπες συγκρούονται και μπορούν να καταλάβουν τις λεπτομέρειες για το πώς συγχωνεύονται οι γαλαξίες. Τα βαρυτικά κύματα αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μπορεί επίσης να συμβάλουν σε αυτό το υπόβαθρο, προσφέροντας έναν τρόπο ανίχνευσης των πρώτων δευτερολέπτων του σύμπαντος.

Για να ανιχνεύσουν ένα τέτοιο σήμα χαμηλής συχνότητας, οι αστρονόμοι χρειάζονταν ένα πείραμα μεγαλύτερο από ολόκληρη τη Γη—πιθανώς κάτι στο μέγεθος ολόκληρου του γαλαξία. Ευτυχώς, η φύση παρείχε μόνο το εργαλείο: πάλσαρ. Τα πάλσαρ είναι οι νεκροί πυρήνες των βαρύτερων άστρων, που εκτοξεύουν πίδακες φωτός και περιστρέφονται απίστευτα γρήγορα. Σαν να παρακολουθούμε τις ακτίνες από έναν φάρο, τις βλέπουμε να πάλλονται πιο φωτεινά όταν ο πίδακας τους περιστρέφεται προς το μέρος μας—και κατά κάποιο τρόπο η φύση είναι ο καλύτερος φαροφύλακας, αφού

Τα πάλσαρ είναι τόσο προβλέψιμα στον χρονισμό τους όσο και τα ατομικά ρολόγια

.

Ωστόσο, όταν αυτά τα πάλσαρ οδηγούν τη διόγκωση ενός βαρυτικού κύματος, ο κυματισμός του χωροχρόνου παραμορφώνει αυτήν την ακρίβεια. Συστοιχίες χρονισμού Pulsar (PTAs), συλλογές από

ραδιοτηλεσκόπια

που καταγράφουν πάλσαρ σε όλο τον γαλαξία και μπορούν να μετρήσουν αυτές τις μικρές αποκλίσεις στα κατά τα άλλα εξαιρετικά ακριβή ρολόγια των πάλσαρ. Μαζί, οι πολλές μικροσκοπικές μετατοπίσεις στις περιόδους των πάλσαρ δίνουν μια εικόνα του πώς ένα μακρύ, χαμηλής συχνότητας βαρυτικό κύμα διαδίδεται σε όλο τον γαλαξία. Για να κάνει αυτές τις μετρήσεις, ο NANOGrav χρησιμοποίησε τηλεσκόπια σε όλη τη Βόρεια Αμερική:

Το διάσημο τηλεσκόπιο Arecibo του Πουέρτο Ρίκο

(που έκτοτε έχει καταρρεύσει), το

Τηλεσκόπιο Green Bank στη Δυτική Βιρτζίνια

ο

Πολύ μεγάλη συστοιχία στο Νέο Μεξικό

και το

Πείραμα CHIME στον Καναδά

.

Ο χρονισμός Pulsar «είναι θεμελιωδώς διαφορετικός από τον τρόπο με τον οποίο το LIGO ανιχνεύει τα βαρυτικά κύματα», λέει ο αστρονόμος του Πανεπιστημίου του Μισισιπή

Σουμεέτ Κουλκάρνι

, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα δουλειά. «Αυτό που βρίσκω ιδιαίτερα εκπληκτικό σε αυτή την ανακάλυψη είναι ο συντονισμός που εμπλέκεται» μεταξύ των πολυάριθμων τηλεσκοπίων και των συνεργατών, προσθέτει.

Αυτό το νέο αποτέλεσμα χρησιμοποιεί δεδομένα 15 ετών από τα PTA του NANOGrav, αλλά δεν είναι αρκετά ισχυρό ώστε η ομάδα να το ονομάσει επίσημη ανίχνευση. Αντίθετα, οι ερευνητές χρησιμοποιούν τον όρο «ισχυρά στοιχεία». Αλλά επειδή το σήμα συσσωρεύεται με το χρόνο, είναι βέβαιοι ότι θα έχουν ξεκάθαρη ανίχνευση σε λίγα χρόνια. «Θα είμαστε σε θέση να παράγουμε όλο και καλύτερους χάρτες του ουρανού των βαρυτικών κυμάτων», είπε

Luke Kelley

αστρονόμος του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και μέλος της ομάδας NANOGrav, σε μια ενημέρωση τύπου.

[Related: Gravitational waves just showed us something even cooler than black holes]

Οι πλήρεις συνέπειες αυτής της ανίχνευσης δεν έχουν γίνει ακόμη κατανοητές, αλλά οι μελέτες αυτών των κυμάτων χαμηλής συχνότητας μόλις ξεκινούν. Μέλη του

Διεθνής Συστοιχία Χρονισμού Pulsar

έχουν παρόμοια δεδομένα από όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της Αυστραλίας, της Κίνας και της Ινδίας. Αυτές οι μετρήσεις θα είναι ακόμη πιο ισχυρές όταν οι αστρονόμοι θα τις συγκεντρώσουν όλες μαζί, πιθανώς μέσα στον επόμενο χρόνο.