Astronomii anunță o descoperire majoră despre undele gravitaționale

În lumea reimaginată a lui Einstein, spațiul nu este gol în liniște, iar timpul nu avansează fără probleme. În schimb, interacțiunile gravitaționale puternice ale obiectelor masive – inclusiv găurile negre supermasive – ondulan uniform țesătura spațiului și timpului. Imaginea care apare este a unui univers care arată ca o mare agitată, produsă de evenimentele violente care au avut loc în ultimele 13 miliarde de ani.

Fondul undelor gravitaționale, așa cum îl descriu astrofizicienii, nu pune nici un cuplu asupra existenței umane de zi cu zi. Nu există nicio descoperire de pierdere în greutate aici undeva. Explozia undelor gravitaționale nu poate explica de ce te simți atât de rău în unele zile. Dar oferă o posibilă perspectivă asupra realității fizice în care trăim cu toții.

„Ceea ce măsurăm este că Pământul se mișcă într-un fel în această mare”, a spus Michael Lamm, astrofizician la Institutul SETI și membru al Observatorului undelor gravitaționale Nanohertz (NANOGrav), o echipă cu sediul în mare parte în America de Nord. Echipa NANOGrav a publicat concluziile în cinci lucrări, publicate miercuri în Astrophysical Journal Letters.

Echipe din Europa, India, Australia și China au observat și ele acest fenomen și intenționează să-și publice studiile în același timp. Eliberarea simultană a lucrărilor de la echipe îndepărtate, competitive, folosind o metodologie similară, a venit doar după o diplomație științifică care a asigurat că niciun grup nu a încercat să ia restul comunității astrofizice.

„Am fost într-o misiune în ultimii 15 ani pentru a găsi zgomotul scăzut al undelor gravitaționale care reverberează în întregul univers și traversează galaxia noastră pentru a deforma spațiu-timp într-un mod măsurabil”, Stephen Taylor, șeful NANOGrav de la Vanderbilt. Universitatea a spus într-o conferință de presă marți.

„Suntem bucuroși să anunțăm că munca noastră grea a dat roade”.

Descoperirea stelelor moarte

Această performanță se bazează pe descoperirile anterioare de obiecte din univers invizibile cu ochiul liber – pulsari. Un pulsar este un tip de stea neutronică, rămășița ultra-densă a unei stele moarte. Se numește pulsar deoarece se rotește cu sute de viteze de cicluri pe secundă, undele radio sunt emise într-un impuls constant. Pulsarii au fost descoperiți abia în anii 1960, la scurt timp după inventarea radiotelescoapelor mari.

Nanograph a colectat date de la 68 de pulsari folosind Telescopul Green Bank din zona rurală din Virginia de Vest și cele 27 de telescoape ale dispărutei matrice Carl J. Jansky Very Large Array din New Mexico. Observatorul Arecibo din Puerto Rico.

Pulsurile acestor OZN ajung la telescoape de pe Pământ la frecvențe atât de previzibile încât acţionează ca ceasuri cosmice, aproximativ ca cele mai avansate ceasuri atomice de astăzi, a spus Chiara Mingarelli, astrofizician Yale și membru al echipei NANOGrav.

Teoreticienii cred că undele gravitaționale de joasă frecvență pot încetini sosirea semnalelor pulsarilor. Astfel de ondulații de joasă frecvență pot avea vârfuri separate de ani, așa că căutarea este ascunsă în marea spațiului-timp. Este necesară răbdare. Mingarelli a spus că abaterea datelor pulsarilor este atât de mică încât au fost nevoie de 15 ani de observații pentru a găsi dovezi puternice pentru aceste unde gravitaționale.

Echipa NANOGrav a publicat anterior rapoarte cu sugestii provizorii că fundalul este prezent, dar a spus că este nevoie de mai mult timp pentru a construi încrederea că semnalul este real și nu doar zgomot.

„Chiar și crearea experimentului a fost un salt mental uriaș”, a spus Mingarelli.

Existența undelor gravitaționale nu este în discuție. În 2016, oamenii de știință au anunțat că experimentul lor ambițios de patru decenii, numit LIGO, Observatorul undelor gravitaționale cu laser, a detectat valuri de la fuziunea a două găuri negre. Dar valurile nou anunțate nu sunt minuni unice, iar teoreticienii au propus mai multe explicații posibile pentru de ce ondulațiile marii cosmice sunt așa cum sunt.

Găurile negre supermasive sunt explicația preferată.

Majoritatea galaxiilor găzduiesc găuri negre supermasive în sau în apropierea regiunii lor centrale. Aceste găuri negre merită cu siguranță eticheta „supermasivă”: de obicei au o masă echivalentă cu milioane sau chiar miliarde de sori. În schimb, găurile negre de „masă stelară” sunt proeminențe, cu mase echivalente cu 10, 20 sau 30 de sori.

Galaxiile se ciocnesc rar, dar universul este vast, există miliarde de galaxii și au avut suficient timp să se deplaseze una în alta. În timpul întâlnirii galactice, spun teoreticienii, găuri negre supermasive În inima celor două galaxii Mai întâi va face dansul gravitației. Lamm a spus că ar putea orbita unul pe altul timp de milioane de ani. Această conjuncție este cunoscută ca o găură neagră binară supermasivă.

Oamenii de știință cred că dansul învolburat perturbă țesătura spațiu-timp suficient pentru a genera unde gravitaționale de frecvență extrem de joasă care călătoresc prin univers cu viteza luminii. De-a lungul timpului, energia se scurge din sala de bal, parcă, și găurile negre supermasive se apropie una de cealaltă, scurtând perioada orbitelor lor la doar câteva decenii. În acel moment, a spus Lamm, lungimile de undă încep să atingă frecvențe care pot fi detectate de NANOGrav.

„În acest moment al măsurătorilor noastre, nu putem identifica definitiv sursele care produc semnalul de fundal al undelor gravitaționale”, a declarat marți, într-o conferință de presă, Luke Kelley, membru al echipei NANOGrav, astrofizician la Universitatea din California, Berkeley. Cu toate acestea, a spus el, datele sunt o potrivire convingătoare cu previziunile teoretice.

El a adăugat că teoreticienii „se distrează” găsind alte surse posibile ale semnalului de joasă frecvență. Dar „dacă nu provine din binare de găuri negre supermasive, va trebui să oferim o explicație pentru unde se ascund acele găuri negre supermasive și de ce nu le vedem undele gravitaționale”.

Indiferent de sursa semnalului, anunțul fondului undelor gravitaționale este o piatră de hotar în câmpul embrionar al astronomiei undelor gravitaționale.

Așa cum unii astronomi folosesc diferite lungimi de undă de lumină pentru a explora universul, acum pot căuta diferite tipuri de unde gravitaționale. Undele de joasă frecvență anunțate miercuri nu vor fi detectabile de LIGO, iar opusul este, de asemenea, adevărat: NANOGrav și eforturi similare care folosesc pulsari nu au reușit să detecteze un tip. Unde de înaltă frecvență de la fuziunile violente ale găurilor negre cu masa stelară văzute de LIGO.

Următorul obiectiv, a spus Lamm, este asocierea undelor gravitaționale specifice cu potențialele binare de găuri negre supermasive care au fost detectate de forme convenționale de astronomie. Cu alte cuvinte, mai degrabă decât să spunem că captăm semnale ale multor valuri, astronomii pot spune că acest val special a venit din acel loc de acolo.

Acest anunț este un ecou pentru o altă piatră de hotar în istoria cosmologiei. În 1965, doi fizicieni lucrau la Bell Labs Ei raportează că au detectat un semnal pentru ceva ipotetizat anterior: radiația cosmică de fond cu microunde. Această strălucire reziduală a oferit dovezi istorice că universul a fost creat de Big Bang.

Maura McLaughlin, co-director al Centrului NANOGrav Physics Frontiers, a declarat marți într-un briefing că următorul pas ar fi ca echipele internaționale să-și combine datele independente într-un singur „set de date Uber”, care ar trebui să arate un semnal mai clar al gravitației. Fundalul valului – și poate chiar prima detectare a unui binar negru supermasiv.

„Deschidem o fereastră cu totul nouă… asupra universului undelor gravitaționale”, a spus ea.

munca a spus, Ar trebui să ofere o perspectivă mai profundă asupra modului în care galaxiile se formează și evoluează. S-ar putea chiar să dezvăluie o nouă fizică ciudată care ne va schimba înțelegerea de bază a universului: „Ar trebui să fie cu adevărat interesant”.