|
Спутник ищет сигналы гравитационных волн
|
|
|
|
Слияние сверхмассивных черных дыр в центрах сливающихся галактик наполняет Вселенную низкочастотными гравитационными волнами. Астрономы искали эти волны, используя большие радиотелескопы, чтобы найти тонкое влияние, которое эта рябь пространства-времени оказывает на радиоволны, излучаемые пульсарами в нашей галактике. Теперь международная группа ученых показала, что высокоэнергетический свет, собранный космическим гамма-телескопом Ферми НАСА, также может быть использован в поисках. Использование гамма-лучей вместо радиоволн дает более четкое представление о пульсарах и обеспечивает независимый и дополнительный способ обнаружения гравитационных волн. Выводы международной группы ученых, включая Адитью Партасарати и Майкла Крамера из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, опубликованы в журнале Science на этой неделе.
|
|
|
|
В центре большинства галактик — скоплений сотен миллиардов звезд, таких как наш Млечный Путь, — лежит сверхмассивная черная дыра. Галактики притягиваются друг к другу своей огромной гравитацией, и когда они сливаются, их черные дыры опускаются к новому центру. По мере того как черные дыры движутся по спирали внутрь и сливаются, они создают длинные гравитационные волны, которые простираются на сотни триллионов километров между гребнями волн. Вселенная полна таких сливающихся сверхмассивных черных дыр, и они наполняют ее морем низкочастотной пространственно-временной ряби.
|
|
|
Астрономы десятилетиями искали эти волны, наблюдая пульсары, плотные остатки массивных звезд. Пульсары вращаются с чрезвычайной регулярностью, и астрономы точно знают, когда ожидать каждого импульса. Однако море гравитационных волн слегка меняется, когда импульсы достигают Земли, и точное наблюдение за многими пульсарами на небе может выявить его присутствие. Предыдущие поиски этих волн проводились исключительно с использованием больших радиотелескопов, которые собирают и анализируют радиоволны. Но теперь международная группа ученых искала эти мельчайшие вариации в более чем десятилетних данных, собранных с помощью космического гамма-телескопа Ферми НАСА, и их анализ показывает, что обнаружение этих волн может быть возможным всего за несколько лет дополнительных наблюдений.
|
|
|
|
«Ферми изучает Вселенную в гамма-лучах, самой энергичной форме света. Мы были удивлены тем, насколько хорошо он находит типы пульсаров, которые нам нужны для поиска этих гравитационных волн — на данный момент их более 100», — сказал Мэтью Керр. , физик-исследователь из Лаборатории военно-морских исследований США в Вашингтоне. «Ферми- и гамма-лучи обладают некоторыми особыми характеристиками, которые вместе делают их очень мощным инструментом в этом исследовании». Результаты исследования под руководством Керра и Адитьи Партасарати, исследователя из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, Германия, были опубликованы в выпуске журнала Science от 7 апреля.
|
|
|
|
Космические часы
|
|
|
|
Свет принимает множество форм. Низкочастотные радиоволны могут проходить сквозь некоторые объекты, в то время как высокочастотные гамма-лучи при столкновении с материей взрываются потоками энергичных частиц. Гравитационные волны также охватывают широкий спектр, и более массивные объекты имеют тенденцию генерировать более длинные волны. Невозможно построить детектор, достаточно большой, чтобы обнаруживать триллионкилометровые волны, питаемые слиянием сверхмассивных черных дыр, поэтому астрономы используют естественные детекторы, называемые временными массивами пульсаров. Это совокупность миллисекундных пульсаров, которые излучают как радиоволны, так и гамма-лучи и вращаются сотни раз в секунду. Подобно маякам, эти лучи излучения регулярно пульсируют, проносясь над землей, и, проходя через море гравитационных волн, на них отпечатывается слабый рокот далеких массивных черных дыр.
|
|
|
|
Уникальный зонд
|
|
|
|
Пульсары были первоначально обнаружены с помощью радиотелескопов, и эксперименты с синхронизирующими решетками пульсаров с радиотелескопами проводятся уже почти два десятилетия. Эти большие тарелки обеспечивают наибольшую чувствительность к воздействию гравитационных волн, но межзвездные эффекты усложняют анализ радиоданных. Космос в основном пуст, но, пересекая огромное расстояние между пульсаром и Землей, радиоволны все еще сталкиваются со многими электронами. Подобно тому, как призма искривляет видимый свет, межзвездные электроны искривляют радиоволны и изменяют время их прихода. На энергичные гамма-лучи это не влияет, поэтому они обеспечивают дополнительный и независимый метод определения времени пульсара.
|
|
|
|
«Результаты Ферми уже на 30% лучше, чем у хронометров радиопульсаров, когда дело доходит до потенциального обнаружения фона гравитационных волн», — сказал Партасарати. «Еще через пять лет сбора и анализа данных о пульсарах он будет столь же эффективен с дополнительным бонусом, заключающимся в том, что вам не придется беспокоиться обо всех этих блуждающих электронах». Временная матрица гамма-пульсаров, которую не предполагалось до запуска Fermi, представляет собой новую мощную возможность в астрофизике гравитационных волн.
|
|
|
|
«Обнаружение фона гравитационных волн с помощью пульсаров вполне достижимо, но остается трудным. Независимый метод, неожиданно продемонстрированный здесь с помощью Ферми, — отличная новость как для подтверждения будущих открытий, так и для демонстрации его синергии с радиоэкспериментами», — заключает Майкл Крамер, директор МПиФР и руководитель научно-исследовательского отдела Фундаментальной физики в радиоастрономии.
|
|
|
|
Источник
|
