|
Можем ли мы услышать биение гравитационных волн
|
|
|
|
Пульсары свидетельствуют о том, что в космосе распространяются гравитационные волны сверхнизкой частоты. Сигнал, замеченный международной коллаборацией pulsar timing array в 2023 году, может исходить от стохастического гравитационно-волнового фона — суммы множества удаленных источников — или от одной близкой двойной системы сверхмассивных черных дыр.
|
|
|
|
Чтобы отличить их друг от друга, Хидеки Асада, физик-теоретик и профессор Университета Хиросаки, и Шун Ямамото, исследователь Высшей школы науки и технологий Университета Хиросаки, предлагают метод, который использует явления биения гравитационных волн почти одинаковой частоты, ища их следы в крошечных смещениях пульсаров.' время поступления радиоимпульса. Их работа была опубликована в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
|
|
|
|
Небо заполнено исключительно точными "космическими часами": пульсарами, нейтронными звездами, которые испускают радиоимпульсы через равные промежутки времени, словно ровное "тик-так". Радиотелескопы на Земле отслеживают их периодичность — не только для изучения самих пульсаров, но и для использования в качестве инструментов для исследования Вселенной.
|
|
|
|
Если что—то невидимое — почти "космический призрак" - искажает пространство-время на пути от пульсара к Земле, регулярность импульсов меняется. Аномалия не случайна: подобные отклонения наблюдаются у пульсаров в определенных областях неба, как будто по ним проходит волнообразная рябь.
|
|
|
|
|
|
|
"В 2023 году несколько коллабораций pulsar timing array — NANOGrav в США и Европе — представили убедительные доказательства существования гравитационных волн наногерцового диапазона", - отмечает Асада.
|
|
|
|
Наногерц означает период колебаний от нескольких месяцев до нескольких лет с длиной волны в несколько световых лет. Для исследования таких масштабов мы полагаемся на удаленные стабильные пульсары, находящиеся на расстоянии от сотен до тысяч световых лет.
|
|
|
|
"Сигнал был статистически достоверным, но ниже порога в 5 сигм, который обычно требуется физикам, изучающим элементарные частицы", - продолжает он. "Это "убедительное доказательство", но еще не подтвержденное обнаружение, но сообщество космологов и астрофизиков считает, что мы приближаемся к первому обнаружению гравитационных волн наногерцового диапазона".
|
|
|
|
На данный момент достоверность ниже порога золотого стандарта; если будущие данные подтвердят это, утверждает Асада, следующей задачей будет идентификация источника.
|
|
|
|
"Есть два основных возможных источника гравитационных волн наногерцового диапазона", - объясняет он.
|
|
|
|
"Один из них - космическая инфляция, которая привела бы к флуктуациям пространства-времени в очень ранней Вселенной, позже распространившимся до космических масштабов. Другой - двойные сверхмассивные черные дыры, которые образуются при слиянии галактик. Оба сценария могут генерировать гравитационные волны наногерцового диапазона".
|
|
|
|
Трудность заключается в том, что закономерности корреляции в данных о пульсарах — способ корреляции временных остатков от разных пульсаров — долгое время считались одинаковыми в обоих случаях.
|
|
|
|
"В нашей статье мы исследовали ситуацию, когда пара расположенных поблизости сверхмассивных черных дыр излучает особенно сильный сигнал", - говорит Асада. "Если две такие системы имеют очень похожие частоты, их волны могут интерферировать и создавать биения, как в акустике. Эта особенность, в принципе, может позволить нам отличить их от стохастического фона инфляции".
|
|
|
|
Таким образом, Асада и Ямамото используют знакомый акустический эффект: биения. Когда две волны имеют почти одинаковую частоту, но не совсем одинаковую, их наложение приводит к периодическому усилению и ослаблению.
|
|
|
|
Применительно к гравитационным волнам, две двойные сверхмассивные черные дыры с одинаковыми частотами будут отражать характерную модуляцию в сигнале синхронизации пульсара. Метод заключается в поиске этой модуляции - "биения" — в корреляционных картинах пульсаров. Если он присутствует, это убедительно свидетельствует о том, что сигнал не является рассеянным фоном, а исходит от определенных, относительно близких двоичных файлов.
|
|
|
|
"Я думаю, что как только будет достигнуто подтвержденное обнаружение на уровне 5 сигм, возможно, в течение нескольких лет, следующим шагом будет вопрос: каково происхождение волн? На этом этапе наш метод может оказаться полезным для определения того, происходят ли они от инфляции или от близлежащих двойных сверхмассивных черных дыр", - заключает Асада.
|
|
|
|
Источник
|
