Гравітаційно-хвильова астрономія наразі може виявляти лише потужні та швидкі події, такі як злиття нейтронних зір або невеликих чорних дір. Ми досягли значних успіхів у виявленні злиття чорних дір зоряної маси, але нашою довгостроковою метою є виявлення злиття надмасивних чорних дір.
Якщо чорні діри зоряної маси можуть мати розміри в десятки разів більші, ніж Сонце, то надмасивні чорні діри можуть досягати у мільйони й мільярди разів більшої маси за сонячну. Це означає, що часовий проміжок для злиття надмасивних чорних дір становить не секунди, а роки або навіть десятиліття. На відміну від швидкого сигналу гравітаційних хвиль, який ми спостерігаємо при злитті зоряних мас, сигнал від надмасивного злиття є надто повільним, щоб його можна було безпосередньо спостерігати за допомогою обсерваторій, таких як LIGO. Навіть запланований космічний телескоп гравітаційних хвиль LISA не буде достатньо чутливим для спостереження таких масштабних подій. Довжина гравітаційних хвиль у такому випадку була б занадто великою.
Але нова стаття, опублікована проєктом NANOGrav, показує, як ми можемо спостерігати злиття надмасивних чорних дір. Замість того, щоб будувати великі обсерваторії гравітаційних хвиль, NANOGrav вивчає радіоімпульси мілісекундних пульсарів. Ці пульсари обертаються настільки швидко, що випромінюють імпульси радіохвиль майже тисячу разів на секунду. Їхні імпульси настільки регулярні, що їх можна використовувати як космічні годинники.
Понад десять років NANOGrav спостерігав імпульси пульсарів із періодом 45 мілісекунд, шукаючи незначні зсуви в їхніх часових характеристиках. Ідея полягає в тому, що коли довгі гравітаційні хвилі проходять через простір, вони трохи зміщують пульсари, що призводить до зсуву в синхронізації імпульсів, які ми спостерігаємо. Аналізуючи загальні статистичні зсуви багатьох пульсарів, ми можемо виявити великомасштабний ефект гравітаційних хвиль від злиття надмасивних чорних дір.
Але все не так просто, як може здатися, оскільки існує так званий «червоний шум». Попри те, що мілісекундні пульсари мають дуже регулярні радіоімпульси, у них все ж є невеликі варіації. Нейтронні зорі можуть мати внутрішню динаміку або теплові коливання, які змінюють частоту імпульсів. Ці зсуви поширені серед пульсарів, тому, коли ми спостерігаємо багато пульсарів, фоновий «червоний шум» може мати вигляд зсуву гравітаційних хвиль.
У цьому дослідженні команда розглядає, як ефекти гравітаційних хвиль можуть здаватися «червоним шумом» на перший погляд, і як ми можемо відсіяти його від справжніх гравітаційних хвиль. Дослідження поки не виявило жодних імпульсів гравітаційних хвиль, але воно накладає деякі верхні обмеження на спостереження гравітаційних хвиль. Вони змогли лише показати, що у межах 300 млн світлових років не відбувалося злиття чорних дір масою у мільярди сонячних.
Тому це лише питання часу, коли вони зможуть спостерігати злиття на галактичному масштабі й вивести астрономію гравітаційних хвиль із «червоного шуму».
Раніше ми повідомляли про те, як вчені намагаються вловити гравітаційні хвилі з моменту Великого вибуху.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
