Самая подробная карта Вселенной, когда-либо созданная с использованием гравитационных волн, могла бы выявить скрытые черные дыры, слияние сверхмассивных черных дыр и даже крупномасштабную структуру космоса.
Исследование, проведенное группой астрономов из Технологического университета Суинберна, также представило крупнейший в истории детектор гравитационных волн галактического масштаба , которые по сути представляют собой рябь в пространстве-времени.
Это исследование предоставило дополнительные доказательства фонового «гула» гравитационных волн , который пронизывает вселенную. Таким образом, оно может предоставить новые сведения о самых ранних черных дырах во вселенной , о том, как они росли, и о влиянии, которое они оказали на эволюцию комической структуры.
«Изучение [гравитационно-волнового] фона позволяет нам настроиться на отголоски космических событий на протяжении миллиардов лет», — сказал в своем заявлении член команды и исследователь из Университета Суинберна Мэтт Майлз. «Это показывает, как галактики и сама Вселенная развивались с течением времени».
Гравитационный волновой фон, о котором говорит Майлз, был создан слиянием сверхмассивных черных дыр в ранней и далекой Вселенной. Впервые он был обнаружен детектором гравитационных волн, который подключается к множеству быстро вращающихся нейтронных звезд , или « пульсаров », и точным инструментом для измерения времени, называемым массивом пульсарных хронометров, в рамках проекта NANOGrav .
Это новое исследование также опиралось на массив пульсарного времени, хотя и с помощью радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке. Благодаря улучшению методов обнаружения, наносекундная точность массива пульсарного времени MeerKAT предоставила команде под руководством Суинберна более сильный сигнал, чем раньше.
«То, что мы видим, намекает на гораздо более динамичную и активную вселенную, чем мы ожидали», — сказал Майлз. «Мы знаем, что сверхмассивные черные дыры где-то сливаются, но теперь мы начинаем спрашивать: где они и сколько их там?»
Карта гравитационных волн преподносит сюрпризы
Гравитационные волны были первоначально предсказаны Альбертом Эйнштейном в его теории гравитации, называемой « общей теорией относительности». Теория великого физика, чья главная работа, гласит, что объекты, обладающие массой, заставляют саму ткань пространства и времени (объединенную в четырехмерную сущность, называемую « пространство-время ») «искривляться». Именно из-за такого искривления возникает гравитация .
Однако Эйнштейн также предсказал, что когда массивные объекты ускоряются, они вызывают рябь, которая распространяется через пространство-время со скоростью света . Они известны как гравитационные волны.
Примером систем, излучающих гравитационные волны, являются двойные черные дыры , которые задают пространственно-временной звон, когда две черные дыры внутри каждой из этих систем вращаются друг вокруг друга. Когда гравитационные волны вырываются из двойных черных дыр, они несут с собой угловой момент. Эта потеря энергии заставляет черные дыры сближаться и испускать гравитационные волны все быстрее и быстрее — то есть до тех пор, пока гравитация этих космических титанов не возьмет верх, и они не столкнутся и не сольются.
Это мощное событие заставляет пространство-время звенеть пронзительным «криком» гравитационных волн.
Слияния черных дыр важны для понимания эволюции космоса. Так рождаются сверхмассивные черные дыры с массами, эквивалентными миллионам или даже миллиардам солнц, которые находятся в сердце больших галактик.
Пульсары можно использовать для обнаружения гравитационных волн, поскольку они могут вращаться со скоростью до 700 раз в секунду; они также испускают лучи излучения, которые охватывают космос, словно свет
космического маяка.
Однако ключ в том, что время вращения пульсара очень регулярно, а это значит, что когда большая группа пульсаров рассматривается в совокупности, их можно использовать в качестве точных космических часов — часов, достаточно чувствительных, чтобы обнаружить крошечные колебания в пространстве-времени, вызванные прохождением гравитационных волн.
Вот как MeerKAT Pulsar Timing Array позволил команде создать очень подробную карту гравитационных волн — и этот космический атлас, созданный с помощью пространственно-временной ряби, на самом деле обнаружил неожиданную особенность.
Исследователи обнаружили на своей карте неожиданную аномалию: «горячую точку», которая, по-видимому, демонстрирует «направленное смещение» гравитационных волн.
Ранее исследователи предполагали, что гравитационный волновой фон Вселенной не будет иметь предпочтительного направления и, таким образом, будет равномерно распределен по небу.
«Наличие горячей точки может указывать на отдельный источник гравитационных волн, например, пару черных дыр, масса которых в миллиарды раз больше массы нашего Солнца», — сказала участница группы и исследователь из Университета Монаша Ровина Натан. «Изучение расположения и моделей гравитационных волн показывает нам, как наша Вселенная существует сегодня и содержит сигналы еще со времен Большого взрыва.
Результаты работы команды открыли дверь к новым, непредсказуемым открытиям, касающимся структуры Вселенной.
Эти открытия вполне могли бы быть сделаны детектором гравитационных волн галактического размера, сформированным MeerKAT Pulsar Timing Array, который теперь продолжит совершенствовать свою карту гравитационных волн.
«Изучая изменения сигнала гравитационных волн по всему небу, мы ищем следы астрофизических процессов, формирующих нашу Вселенную», — говорится в заявлении Катрин Грюнталь, члена группы и ученого из Института радиоастрономии Общества Макса Планка.
Прочитайте что такое взгляд в будущее