Новые методы обнаружения сверхнизкочастотных гравитационных волн можно комбинировать с другими, менее чувствительными измерениями, чтобы получить новое представление о раннем развитии нашей Вселенной, считают исследователи из Бирмингемского университета.
Гравитационные волны - рябь в ткани пространства-времени Эйнштейна - которые пересекают вселенную со скоростью света, имеют самые разные длины волн или частоты. Ученым еще не удалось обнаружить гравитационные волны на чрезвычайно низких «наногерцовых» частотах, но ожидается, что новые подходы, изучаемые в настоящее время, подтвердят первые низкочастотные сигналы довольно скоро.
Основной метод использует радиотелескопы для обнаружения гравитационных волн с помощью пульсаров - экзотических мертвых звезд, которые с необычайной регулярностью посылают импульсы радиоволн. Исследователи из коллаборации NANOGrav, например, используют пульсары для измерения с исключительной точностью периодов вращения сети или массива миллисекундных пульсаров - лучшего астрономического приближения к сети идеальных часов - разбросанных по всей нашей галактике. Их можно использовать для измерения частичных изменений, вызванных гравитационными волнами при их распространении по Вселенной.
Вопрос о том, что производит эти сигналы, однако, еще предстоит решить. Ученые из Института гравитационно-волновой астрономии Бирмингемского университета утверждают, что будет крайне сложно найти ответ, используя только данные временных массивов пульсаров (PTA).
Вместо этого в письме, опубликованном сегодня (18 октября 2021 г.) в Nature Astronomy, они предполагают, что объединение этих новых данных с наблюдениями, сделанными в рамках других проектов, таких как миссия Gaia Европейского космического агентства, поможет выявить различные сигналы, которые все еще сохраняются. из самых ранних периодов нашей вселенной, которые нужно распутать и интерпретировать.
Основная теория сверхнизкочастотных гравитационных волн состоит в том, что они вызваны популяцией сверхмассивных черных дыр в центре сливающихся галактик. Когда галактики сливаются, их центральные черные дыры спариваются, образуя двойные системы и генерируя гравитационные волны. В этом случае обнаружение гравитационных волн с помощью PTA может предложить новые захватывающие способы изучения астрофизики сборки и роста галактик.
Но есть и другие возможности. Наногерцовые гравитационные волны могли бы рассказать историю нашей молодой Вселенной задолго до образования галактик и черных дыр. На самом деле было высказано предположение, что сигналы гравитационных волн чрезвычайно низкой частоты могли генерироваться вскоре после Большого взрыва другими процессами; например, если бы Вселенная претерпела то, что физики называют фазовым переходом при правильной температуре.
Ведущий автор, доктор Кристофер Мур, сказал: «Первые предварительные намеки на сигнал гравитационных волн с использованием массивов синхронизации пульсаров, возможно, недавно были обнаружены НАНОграв, и мы ожидаем, что следующие несколько лет станут золотым веком для этого типа. науки. Разнообразие объяснений этих сигналов захватывающее, но в то же время запутанное. Нам нужен способ отличить друг от друга различные возможные источники. В настоящее время это чрезвычайно сложно сделать только с данными временной матрицы пульсара."
Соавтор профессор Альберто Веккьо сказал: «Временные массивы Pulsar могут предложить беспрецедентное понимание древних космологических процессов. Разработка сложных методов для интерпретации этих идей будет означать, что мы действительно сможем начать понимать, как наша Вселенная была сформирована и приобрела форму.."