Гравитационно-волновая астрономия в настоящее время может обнаруживать только мощные и быстрые события, такие как слияние нейтронных звезд или небольших черных дыр с массами нескольких звезд. Мы достигли значительных успехов в обнаружении слияния черных дыр звездной массы, но нашей долгосрочной целью является обнаружение слияния сверхмассивных черных дыр.
Если черные дыры звездной массы могут иметь размеры в десятки раз больше, чем Солнце, то сверхмассивные черные дыры могут достигать в миллионы и миллиарды раз большей массы Солнца. Это означает, что временной промежуток для слияния сверхмассивных черных дыр составляет не секунды, а годы или даже десятилетия. В отличие от быстрого сигнала гравитационных волн, который мы наблюдаем при слиянии звездных масс, сигнал от сверхмассивного слияния является слишком медленным, чтобы его можно было непосредственно наблюдать с помощью обсерваторий, таких как LIGO. Даже запланированный космический телескоп гравитационных волн LISA не будет достаточно чувствительным для наблюдения таких масштабных событий. Длина гравитационных волн в таком случае была бы слишком большой.
Но новая статья, опубликованная проектом NANOGrav, показывает, как мы можем наблюдать слияние сверхмассивных черных дыр. Вместо того, чтобы строить большие обсерватории гравитационных волн, NANOGrav изучает радиоимпульсы миллисекундных пульсаров. Эти пульсары вращаются настолько быстро, что излучают импульсы радиоволн почти тысячу раз в секунду. Их импульсы настолько регулярны, что их можно использовать как космические часы.
Более десяти лет NANOGrav наблюдал импульсы пульсаров с периодом 45 миллисекунд, ища незначительные сдвиги в их временных характеристиках. Идея заключается в том, что когда длинные гравитационные волны проходят через пространство, они немного смещают пульсары, что приводит к сдвигу в синхронизации импульсов, которые мы наблюдаем. Анализируя общие статистические смещения многих пульсаров, мы можем обнаружить крупномасштабный эффект гравитационных волн от слияния сверхмассивных черных дыр.
Но все не так просто, как может показаться, поскольку существует так называемый «красный шум». Несмотря на то, что миллисекундные пульсары имеют очень регулярные радиоимпульсы, у них все же есть небольшие вариации. Нейтронные звезды могут иметь внутреннюю динамику или тепловые колебания, которые изменяют частоту импульсов. Эти сдвиги распространены среди пульсаров, поэтому, когда мы наблюдаем много пульсаров, фоновый «красный шум» может выглядеть как сдвиг гравитационных волн.
В этом исследовании команда рассматривает, как эффекты гравитационных волн могут выглядеть как «красный шум» на первый взгляд, и как мы можем отсеять его от настоящих гравитационных волн. Исследование пока не обнаружило никаких импульсов гравитационных волн, но оно накладывает некоторые верхние ограничения на наблюдение гравитационных волн. Они смогли лишь показать, что в пределах 300 млн световых лет не происходило никакого слияния черных дыр массой в миллиарды солнечных.
Поэтому это лишь вопрос времени, когда они смогут наблюдать слияния на галактическом масштабе и вывести астрономию гравитационных волн из «красного шума».
Ранее мы сообщали о том, как ученые пытаются уловить гравитационные волны с момента Большого взрыва.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
