Folosind cel mai mare detector de unde gravitaționale realizat vreodată, am confirmat rapoartele anterioare că țesătura universului vibrează în mod constant. Acest zgomot de fundal este probabil cauzat de ciocnirile dintre găurile negre enorme care se află în inimile galaxiilor.
Rezultatele de la detectorul nostru – o serie de stele neutronice care se rotesc rapid răspândite în întreaga galaxie – arată că acest „fond de unde gravitaționale” poate fi mai puternic decât se credea anterior. De asemenea, am realizat cele mai detaliate hărți de până acum ale undelor gravitaționale de pe cer și am găsit un „punct fierbinte” intrigant de activitate în emisfera sudică.
Noastre cercetare este publicat astăzi în trei lucrări în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ondulări în spațiu și timp
Unde gravitaționale sunt valuri în țesătura de spaţiu şi timp. Ele sunt create atunci când obiecte incredibil de dense și masive orbitează sau se ciocnesc unele cu altele.
Cele mai dense și mai masive obiecte din univers sunt gauri negrerămășițele stelelor moarte. Una dintre singurele moduri de a studia găurile negre este prin căutarea undelor gravitaționale pe care le emit atunci când se deplasează una în apropierea celeilalte.
La fel ca și lumina, undele gravitaționale sunt emise într-un spectru. Cele mai masive găuri negre emit cele mai lente și mai puternice unde – dar pentru a le studia, avem nevoie de un detector de dimensiunea galaxiei noastre.
Undele gravitaționale de înaltă frecvență create de coliziunile între găurile negre relativ mici pot fi detectate cu detectoare de pe Pământ și au fost observate pentru prima dată în 2015. Cu toate acestea, dovezi pentru că existența undelor mai lente și mai puternice nu a fost găsită până anul trecut.
Mai multe grupuri de astronomi din întreaga lume au asamblat detectoare de unde gravitaționale la scară galactică observând îndeaproape comportamentul unor grupuri de anumite tipuri de stele. Experimentul nostru, MeerKAT Pulsar Timing Arrayeste cel mai mare dintre acești detectoare la scară galactică.
Astăzi am anunțat dovezi suplimentare pentru undele gravitaționale de joasă frecvență, dar cu unele diferențe interesante față de rezultatele anterioare. În doar o treime din timpul altor experimente, am găsit un semnal care sugerează un univers mai activ decât era anticipat.
De asemenea, am reușit să cartografiam arhitectura cosmică lăsată în urmă prin fuziunea galaxiilor mai precis decât oricând.
Găuri negre, galaxii și pulsari
Oamenii de știință cred că în centrul majorității galaxiilor trăiește un obiect uriaș cunoscut sub numele de gaură neagră supermasivă. În ciuda masei lor enorme – de miliarde de ori masa noastră Soare — acești giganți cosmici sunt greu de studiat.
Astronomii știu despre găurile negre supermasive de zeci de ani, dar au observat doar una directă pentru prima dată în 2019.
Când două galaxii se îmbină, găurile negre din centrul lor încep să se îndrepte una spre cealaltă. În acest proces, ei trimit unde gravitaționale lente și puternice, care ne oferă posibilitatea de a le studia.
Facem acest lucru folosind un alt grup de obiecte cosmice exotice: pulsarii. Acestea sunt stele extrem de dense, formate în principal din neutroni, care pot fi de dimensiunea unui oraș, dar de două ori mai grele decât Soarele.
Pulsarii se rotesc de sute de ori pe secundă. Pe măsură ce se rotesc, acţionează ca nişte faruri, lovind Pământul cu impulsuri de radiaţii de la mii de ani lumină distanţă. Pentru unii pulsari, putem prezice când ar trebui să ne lovească acel puls în decurs de nanosecunde.
Detectoarele noastre de unde gravitaționale folosesc acest fapt. Dacă observăm mulți pulsari în aceeași perioadă de timp și greșim când pulsurile ne lovesc într-un mod foarte specific, știm că o undă gravitațională întinde sau stoarce spațiul dintre Pământ și pulsari.
Cu toate acestea, în loc să vedem un singur val, ne așteptăm să vedem un ocean cosmic plin de valuri care se încrucișează în toate direcțiile – ondulațiile ecou ale tuturor fuziunilor galactice din istoria universului. Numim asta fondul undelor gravitaționale.
Un semnal surprinzător de puternic – și un „punct fierbinte” intrigant
Pentru a detecta fundalul undelor gravitaționale, am folosit Radiotelescop MeerKAT în Africa de Sud. MeerKAT este unul dintre cele mai sensibile radiotelescoape din lume.
Ca parte a MeerKAT Pulsar Timing Array, a observat un grup de 83 de pulsari de aproximativ cinci ani, măsurând cu precizie când pulsurile lor ajung pe Pământ. Acest lucru ne-a determinat să găsim un model asociat cu un fundal de unde gravitaționale, doar că este puțin diferit de ceea ce au găsit alte experimente.
Modelul, care reprezintă modul în care spațiul și timpul dintre Pământ și pulsari sunt schimbate de undele gravitaționale care trec între ei, este mai puternic decât se aștepta.
Acest lucru ar putea însemna că există mai multe găuri negre supermasive care orbitează unele pe altele decât am crezut. Dacă da, acest lucru ridică mai multe întrebări – deoarece teoriile noastre existente sugerează că ar trebui să existe mai puține găuri negre supermasive decât pare să vedem.
Dimensiunea detectorului nostru și sensibilitatea telescopului MeerKAT înseamnă că putem evalua fundalul cu o precizie extremă. Acest lucru ne-a permis să creăm cele mai detaliate hărți ale fundalului undelor gravitaționale până în prezent. Cartografierea fundalului în acest fel este esențială pentru înțelegerea arhitecturii cosmice a universului nostru.
Ne poate conduce chiar la sursa finală a semnalelor undelor gravitaționale pe care le observăm. Deși credem că este probabil ca fundalul să apară din interacțiunile acestor găuri negre colosale, ar putea proveni și din schimbările din universul energetic timpuriu după Big Bang – sau poate chiar din evenimente mai exotice.
Hărțile pe care le-am creat arată un „punct fierbinte” intrigant al activității undelor gravitaționale pe cerul emisferei sudice. Acest tip de neregulă susține ideea unui fundal creat de găuri negre supermasive, mai degrabă decât alte alternative.
Cu toate acestea, crearea unui detector de dimensiuni galactice este incredibil de complexă și este prea devreme pentru a spune dacă este adevărat sau o anomalie statistică.
Pentru a confirma descoperirile noastre, lucrăm pentru a combina noile noastre date cu rezultatele altor colaborări internaționale sub steagul International Pulsar Timing Array.
Acest articol editat este republicat din Conversația sub o licență Creative Commons. Citiți articol original.
Comentarii recente