После десятилетий наблюдений астрономы, наконец, ощутили распространенный фоновый гул слияния сверхмассивных черных дыр

Мы познакомились с обнаружением LIGO/VIRGO сталкивающихся черных дыр и нейтронных звезд, которые создают гравитационные волны или рябь в ткани пространства-времени. Однако слияние сверхмассивных черных дыр - в миллиарды раз больше массы Солнца - генерирует гравитационные волны слишком долго, чтобы зарегистрироваться с помощью этих инструментов.

Но теперь, после десятилетий тщательных наблюдений, астрономы по всему миру, использующие другой тип метода обнаружения гравитационных волн, наконец, собрали достаточно данных, чтобы измерить то, что по сути является фоновым гулом гравитационных волн Вселенной, в основном от сверхмассивных черных дыр, идущих по спирали к столкновениям.

Ученые говорят, что недавно обнаруженные гравитационные волны на сегодняшний день являются самыми мощными из когда-либо измеренных, и они сохраняются в течение многих лет и десятилетий. Они несут примерно в миллион раз больше энергии, чем одноразовые всплески гравитационных волн от слияния черных дыр и нейтронных звезд, обнаруженных LIGO и Девой.

"Это как хор, со всеми этими сверхмассивными парами черных дыр, звонящими на разных частотах", - сказала ученый Кьяра Мингарелли, которая работала около 190 других ученых с NANOGrav (Североамериканской обсерваторией гравитационных волн Nanohertz). "Это первое в истории доказательство фона гравитационных волн. Мы открыли новое окно наблюдения за Вселенной".

Обсерватории используют совокупную мощность нескольких радиотелескопов. В США и Канаде обсерватории NANOGrav включают в себя ныне разрушенную обсерваторию Аресибо в Пуэрто-Рико, телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и очень большой массив в Нью-Мексико. В ходе сотрудничества собраны данные из 68 пульсаров, чтобы эффективно сформировать огромный тип детектора, называемый пульсарной временной решеткой. Астрономы теперь объявили, что нашли первые доказательства последовательного фонового гула длинноволновых гравитационных волн, которые заполняют космос.

Также аналогичными результатами сообщает European Pulsar Timing Array (EPTA) в сотрудничестве с индийскими и японскими коллегами из Indian Pulsar Timing Array (InPTA). Обсерватории включают в себя радиотелескоп Эффельсберга в Германии, телескоп Ловелла обсерватории Джодрелл-Бэнк в Соединенном Королевстве, радиотелескоп Нансай во Франции, радиотелескоп Сардинии в Италии и радиосинтезный телескоп Вестерборка в Нидерландах.

Для этого сотрудничества 25 лет наблюдения 25 пульсаров выявили гравитационные волны с длинами волн намного дольше, чем в других экспериментах.

"Пульсары на самом деле очень слабые радиоисточники, поэтому нам требуются тысячи часов в год на крупнейших в мире телескопах для проведения этого эксперимента", - сказал доктор Маура Маклафлин из Университета Западной Вирджинии и содиректор NANOGrav в пресс-релизе. "Теперь

"Мы невероятно рады, что после десятилетий работы сотен астрономов и физиков по всему миру мы, наконец, видим подпись гравитационных волн из далекой Вселенной", - сказал д-р Майкл Кит из Центра астрофизики Джодрелл Бэнк при Манчестерском университете в другом пресс-релизе. "Предультаты, представленные сегодня, знаменуют собой начало нового путешествия во Вселенную, чтобы раскрыть некоторые из ее неразгаданных тайн.

Обнаружение гравитационных волн, о которых мы сообщаем с 2015 года наземной LIGO (лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и европейским детектором Девы, являются мимолетными высокочастотными гравитационными волнами. Более длинный низкочастотный сигнал может быть воспринят только с помощью детектора, намного большего, чем Земля. Изучая пульсары, астрономы по существу превратили наш сектор галактики Млечный Путь в огромную гравитационно-волновую антенну.

Пульсары - это сверхплотные остатки ядер массивных звезд после их кончины при взрыве сверхновой. Пульсары быстро вращаются, подметая лучи радиоволн через космос, так что они кажутся «импульсными», когда их можно увидеть с Земли. Самый быстрый из этих объектов, называемый миллисекундными пульсарами, вращается сотни раз каждую секунду. Их импульсы очень стабильны, и астрономы могут использовать их в качестве точных космических часов.

Считается, что сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупнейших галактик во Вселенной. Когда две галактики сливаются, черные дыры друг от друга в конечном итоге вращаются друг вокруг друга как двойная система спустя долгое время после первоначального слияния галактик. В конце концов, две черные дыры объединятся. В то же время их медленный танец вокруг друга растягивается и сжимает ткань пространства-времени, создавая гравитационные волны, которые исходят как рябь в пруду.

Поскольку они долговечны, сигналы гравитационных волн от этих гигантских двоичных файлов, как ожидается, будут пересекаться, как голоса в толпе или инструменты в оркестре, создавая общий фоновый гул, который отпечатлеет уникальный рисунок в данных о времени пульсара.

Результаты NANOGrav были опубликованы в пяти статьях в The Astrophysical Journal Letters, в то время как статьи появились в других журналах из европейских, австралийских, индийских и китайских массивов синхронизации пульсаров.

Документы NANOGrav сообщают о «сильных доказательствах» этих длинных низкочастотных сигналов, сообщая об обнаружении на уровне от 3,5 до 4 сигма, что меньше порога в 5 сигма, который физики обычно хотят заявить об открытии. Но амплитуда 4 сигмы лучше, чем 3,5 сигмы космического аппарата Cosmic Background Explorer (COBE) на космическом микроволновом фоне (CMB). Ученые из NANOGrav говорят, что они более чем на 99% уверены, что сигнал реален.

Но чтобы подтвердить эти измерения, исследователи хотят еще больше сотрудничать для расширения текущих наборов данных для создания международного пульсарного массива синхронизации. Это будет использовать мощность массива, состоящего из более чем 100 пульсаров, наблюдаемых с помощью тринадцати радиотелескопов по всему миру, объединяющих более 10 000 наблюдений за каждый пульсар. Это должно позволить астрономам получить твердое доказательство обнаружения широко распространенного фонового гула гравитационных волн.