Гравитационно-волновой фон (ГВФ): прорыв в прямом обнаружении

Гравитационная волна был впервые обнаружен напрямую в 2015 году после столетия предсказаний общей теории относительности Эйнштейна в 1916 году. гравитационный-волновой фон (GWB), который, как полагают, присутствует на протяжении всего вселенная непосредственно до сих пор не обнаружен. Исследователи из Североамериканской наногерцовой обсерватории Гравитационные волны (NANOGrav) недавно сообщили об обнаружении низкочастотного сигнала, который может быть «гравитационно-волновым фоном (GWB)».   

Общая теория относительности, предложенная Эйнштейном в 1916 году, предсказывает, что крупные космические события, такие как сверхновая звезда или слияние черных дыр должен производить гравитационные волны которые распространяются через Вселенная. Земля должна быть затоплена гравитационные волны все время со всех сторон, но они остаются незамеченными, потому что к тому времени, когда достигают Земли, они становятся чрезвычайно слабыми. На прямое обнаружение гравитационной ряби потребовалось около столетия, когда в 2015 году команде LIGO-Virgo удалось обнаружить гравитационные волны произведено в результате слияния двух черных дыр расположен на расстоянии 1.3 миллиарда световых лет от Земли ⁽¹⁾. Это также означало, что обнаруженная рябь была источником информации о космическом событии, которое произошло около 1.3 миллиарда лет назад.  

С момента первого обнаружения в 2015 году большое количество гравитационная рябь были записаны до настоящего времени. Большинство из них произошло в результате слияния двух черных дыр, немногие из них возникли в результате столкновения двух нейтронных звезд. ⁽²⁾. Все обнаружено гравитационные волны пока носили эпизодический характер, вызванный бинарной парой черных дыр или нейтронные звезды, вращающиеся по спирали, сливающиеся или сталкивающиеся друг с другом ⁽³⁾ и были высокочастотными, коротковолновыми (в диапазоне миллисекунд).   

Однако, поскольку существует возможность большого количества источников гравитационные волны в вселенная отсюда много гравитационные волны вместе со всего мира вселенная может непрерывно проходить через землю, все время образуя фон или шум. Это должна быть непрерывная, случайная и низкочастотная небольшая волна. Предполагается, что некоторая его часть могла даже возникнуть в результате Большого взрыва. Называется гравитационный-волновой фон (GWB), пока не обнаружен ⁽³⁾.  

Но мы, возможно, находимся на пороге прорыва, считают исследователи Североамериканской наногерцовой обсерватории. Гравитационные волны (NANOGrav) сообщили об обнаружении низкочастотного сигнала, который может быть «гравитационно-волновым фоном» (GWB). ^(4,5,6).  

В отличие от команды LIGO-virgo, которая обнаружила гравитационная волна из отдельных пар черных дырКоманда НАНОГрав искала настойчивые, шумные, «комбинированные» гравитационная волна созданные в течение очень длительного периода времени бесчисленными черные дыры в вселенная. Основное внимание уделялось «очень длинным волнам» гравитационная волна на другом конце «спектра гравитационных волн».

В отличие от света и других электромагнитных излучений, гравитационные волны нельзя наблюдать непосредственно в телескоп.  

Команда NANOGrav выбрала миллисекунды пульсары (MSP), которые вращаются очень быстро и имеют долговременную стабильность. От этих импульсников исходит устойчивый образец света, который должен быть изменен гравитационной волной. Идея заключалась в том, чтобы наблюдать и контролировать ансамбль ультрастабильных миллисекундных пульсаров (MSP) на предмет коррелирующих изменений во времени прибытия сигналов на Землю, создавая, таким образом, «Galaxy«размерный» детектор гравитационных волн внутри нашего собственного галактика. Команда создала систему синхронизации пульсаров, изучив 47 таких пульсаров. Обсерватория Аресибо и телескоп Грин-Бэнк были радио телескопы, используемые для измерений.   

Набор данных, полученных к настоящему времени, включает 47 MSP и более 12.5 лет наблюдений. Исходя из этого, невозможно окончательно доказать прямое обнаружение GWB, хотя обнаруженные низкочастотные сигналы в значительной степени указывают на это. Возможно, следующим шагом будет включение большего количества пульсаров в массив и их изучение в течение более длительного периода времени для повышения чувствительности.  

изучить вселеннаяученые зависели исключительно от электромагнитных излучений, таких как свет, рентгеновские лучи, радио волны и т. д. Будучи совершенно не связанным с электромагнитным излучением, обнаружение гравитационного в 2015 году открыло перед учеными новое окно возможностей для изучения небесных тел и понимания их природы. вселенная особенно те небесные события, которые невидимы для электромагнитных астрономов. Кроме того, в отличие от электромагнитного излучения, гравитационные волны не взаимодействуют с материей, поэтому распространяются практически беспрепятственно, неся без каких-либо искажений информацию о своем происхождении и источнике.⁽³⁾

Обнаружение гравитационно-волнового фона (GWB) еще больше расширит возможности. Возможно, даже станет возможным обнаружить волны, возникающие в результате Большого взрыва, что поможет нам понять происхождение вселенная лучше.

Ссылки:  

1. Кастельвекки Д., Витце А., 2016. Наконец-то нашли гравитационные волны Эйнштейна. Новости природы 11 февраля 2016 г. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Кастельвекки Д., 2020. Что 50 гравитационно-волновых событий говорят о Вселенной. Новости природы опубликованы 30 октября 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. Источники и типы гравитационных волн. Доступно в Интернете по адресу https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Доступ 12 января 2021 г. 

4. Сотрудничество «НАНОГрав», 2021. «НАНОГрав» обнаруживает возможные «первые подсказки» низкочастотного фона гравитационных волн. Доступно в Интернете по адресу http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Доступ 12 января 2021 г. 

5. Сотрудничество NANOGrav 2021. Пресс-брифинг - Поиск гравитационно-волнового фона через 12.5 лет данных NANOGrav. 11 января 2021 г. Доступно на сайте http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Арзуманян З. и др., 2020. Набор данных NANOGrav за 12.5 лет: поиск изотропного стохастического гравитационно-волнового фона. Письма в астрофизическом журнале, том 905, номер 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401