Астрономы и астрофизики, работающие с пятью разными массивами радиотелескопов, обнародовали данные, убедительно свидетельствующие о наличии постоянного фона гравитационных волн во Вселенной, который, вероятно, происходит от пар сверхмассивных черных дыр.
«Полученный сигнал — это случайный фон гравитационных волн от каждой двойной сверхмассивной черной дыры, существующей в космосе. Наблюдение за ним может предоставить важную информацию для понимания формирования Вселенной», – сказал Дэниел Рирдон, астроном из Технологического университета Свинберна в комментарии Gizmodo.
Гравитационные волны, существование которых впервые предсказал Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности – это нарушения гравитационного поля, возникающие в результате сейсмического взаимодействия наиболее массивных и плотных объектов Вселенной (например, пары черных дыр или черной дыры с нейтронной звездой) и распространяющиеся со скоростью света. Подтвержденное слияние черной дыры и нейтронной звезды впервые было обнаружено в 2021 году.
В 2015 году Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (ЛИГО) впервые обнаружила гравитационные волны, используя очень точные измерения двух обсерваторий в Вашингтоне и Луизиане.
Однако фон гравитационной волны – гораздо более тонкий и тихий сигнал, который происходит не от стандартных черных дыр, а от самых массивных объектов природы: пар сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллиарды раз превышает массу нашего Солнца.
«Примеры существования этих двойных систем еще ни разу не были подтверждены электромагнитными исследованиями, хотя существует много убедительных кандидатов. Свойства фона гравитационной волны, который мы измеряем, полностью согласуются с теоретическими ожиданиями относительно двойных сверхмассивных черных дыр», — сказал Люк Келли, астрофизик из Калифорнийского университета в Беркли.
Лучший способ увидеть гравитационные волны – использовать пульсары (нейтронные звезды, которые быстро вращаются и излучают импульсы света на Землю), действующие как маяки в космическом океане. Согласно сообщению NSF, волны, обнаруженные датчиками пульсаров, могут иметь длину до 10 световых лет (90 триллионов километров) от вершины до вершины.
Данные массива для измерения пульсаров NANOGrav, собранные в течение 12,5 лет, были впервые опубликованы еще в 2021 году и намекали, что фон гравитационной волны существует. Новый набор информации, собранный за 15 лет, содержит доказательства пространственных корреляций, сопровождающих сигнал гравитационной волны. Это увеличивает возможность того, что сигнал, который видят датчики, реально существует.
«Сейчас мы видим сигнал, практически одинаковый по всему небу. Когда наша чувствительность будет расти, мы начнем наблюдать, как сигнал распределяется», – сказал Джозеф Саймон, астроном из Университета Колорадо в Боулдере.
Последующие исследования могут выявить «горячие точки фона» или регионы, где фон гравитационных волн особенно шумен. Это может быть связано либо с массой источников фона, либо с близостью к человеческим детекторам.
Саймон добавил, что когда двойные сверхмассивные черные дыры приближаются друг к другу, их сигнал гравитационной волны становится более похожим на «щебетание», которое не могут обнаружить датчики пульсаров, однако может зафиксировать космическая антенна лазерного интерферометра или LISA (запланированная миссия Европейского космического агентства, которая будет состоять из трех космических аппаратов, вращающихся друг против друга, образуя треугольник со сторонами 2,41 миллиона километров).
Новые наборы данных, подтверждающие вероятность существования фона гравитационных волн, также вызывают новые вопросы.
«Неожиданно мы обнаружили, что степень сжатия и расширения пространства-времени из-за гравитационных волн, кажется, растет со временем. Основная причина этого для нас загадка, но если это не какая-то еще невыявленная проблема в моделировании, которое мы используем, это может быть неожиданным и интересным явлением в самих гравитационных волнах», — сказал астроном Эндрю Зик, руководивший анализом данных.
Результаты новых наблюдений были опубликованы одновременно в нескольких статьях: Research in Astronomy and Astrophysics, The Astrophysical Journal Letters 1, The Astrophysical Journal Letters 2.