Астрономи та астрофізики, які працюють з п’ятьма різними масивами радіотелескопів, оприлюднили дані, що переконливо свідчать про наявність постійного фону гравітаційних хвиль у Всесвіті, який, ймовірно, походить від пар надмасивних чорних дір.
«Отриманий сигнал — це випадковий «фон» гравітаційних хвиль від кожної подвійної надмасивної чорної діри, що існує у космосі. Спостереження за ним може надати важливу інформацію для розуміння формування Всесвіту», – сказав Деніел Рірдон, астроном з Технологічного університету Свінберна в коментарі Gizmodo.
Гравітаційні хвилі, існування яких вперше передбачив Альберт Ейнштейн у своїй загальній теорії відносності – це збурення гравітаційного поля, що виникають в результаті сейсмічної взаємодії найбільш масивних і щільних об’єктів Всесвіту (наприклад пари чорних дір, чи чорної діри з нейтронною зорею) та розповсюджуються зі швидкістю світла. Підтверджене злиття чорної діри та нейтронної зорі вперше було виявлене у 2021 році.
У 2015 році Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (ЛІГО) вперше виявила самі гравітаційні хвилі, використовуючи дуже точні вимірювання двох обсерваторій у Вашингтоні та Луїзіані.
Однак фон гравітаційної хвилі – набагато тонший та тихіший сигнал, який походить не від стандартних чорних дір, а від наймасивніших об’єктів природи: пар надмасивних чорних дір, маса яких у мільярди разів перевищує масу нашого Сонця.
«Жодних прикладів існування цих подвійних систем не було підтверджено електромагнітними дослідженнями, хоча існує багато переконливих кандидатів. Властивості фону гравітаційної хвилі, який ми нині вимірюємо, повністю узгоджуються з теоретичними очікуваннями щодо подвійних надмасивних чорних дір», — сказав Люк Келлі, астрофізик з Каліфорнійського університету в Берклі.
Найкращий спосіб побачити гравітаційні хвилі – використовувати пульсари (нейтронні зорі, що швидко обертаються та випромінюють імпульси світла на Землю), які діють як маяки, в космічному океані. Згідно з повідомленням NSF, хвилі, виявлені датчиками пульсарів, можуть мати довжину до 10 світлових років (90 трильйонів кілометрів) від вершини до вершини.
Дані масиву для вимірювання пульсарів NANOGrav, зібрані протягом 12,5 років, були вперше опубліковані ще у 2021 році й натякали на те, що фон гравітаційної хвилі існує. Новий набір інформації, зібраний за 15 років, містить докази просторових кореляцій, які супроводжують сигнал гравітаційної хвилі. Це підвищує ймовірність того, що сигнал, який бачать датчики, реально існує.
«Зараз ми бачимо сигнал, який практично однаковий по всьому небу. Коли наша чутливість зростатиме, ми почнемо спостерігати, як сигнал розподіляється», – сказав Джозеф Саймон, астроном з Університету Колорадо в Боулдері.
Подальші дослідження можуть виявити «гарячі точки фону» або регіони, де фон гравітаційних хвиль особливо шумний. Це може бути пов’язано або з масою джерел фону, або близькістю до людських детекторів.
Саймон додав, що коли подвійні надмасивні чорні діри наближаються одна до одної, їхній сигнал стає більш схожим на «щебетання», яке не можуть виявити датчики пульсарів, однак може зафіксувати космічна антена лазерного інтерферометра, або LISA (запланована місія Європейського космічного агентства, яка складатиметься з трьох космічних апаратів, які обертаються один проти одного, утворюючи трикутник зі сторонами 2,41 мільйона кілометрів).
Нові набори даних, які підтверджують ймовірність існування фону гравітаційних хвиль, також викликають нові питання.
«Несподівано ми виявили, що ступінь стиснення та розширення простору-часу через гравітаційні хвилі, здається, зростає з часом. Основна причина цього для нас є загадкою, але якщо це не якась ще невиявлена проблема в моделюванні, яке ми використовуємо, це може бути несподіваним та цікавим явищем в самих гравітаційних хвилях», — сказав астроном Ендрю Зік, який керував аналізом даних.
Результати нових спостережень були опубліковані одночасно в кількох статтях: Research in Astronomy and Astrophysics, The Astrophysical Journal Letters 1, The Astrophysical Journal Letters 2.