Автор: Великий Эйнштейн в свое время предсказал, что, когда сверхмассивные объекты движутся в пространстве-времени — ткани нашей Вселенной, — они создают рябь, которая распространяется по этой ткани. Ученые иногда сравнивают эти колебания с фоновой музыкой Вселенной.
И действительно, в 2015 году, в ходе нетривиального эксперимента на гравитационном детекторе LIGO, ученым удалось обнаружить движение гравитационных волн и подтвердить правоту предположений Альберта Эйнштейна.
Гравитационные волны, растягивающие и сжимающие пространство-время во Вселенной, сейчас удается фиксировать только на высоких частотах: эти быстрые «чириканья» происходят в определенные моменты, когда относительно маленькие черные дыры и мертвые звезды врезаются друг в друга.
Между тем, в минувшую среду, ученый мир был взволнован сообщениями о том, что астрофизики смогли «услышать» так называемые низкочастотные гравитационные волны — изменения в структуре Вселенной, которые создаются огромными объектами, движущимися вокруг и сталкивающимися в космосе.
— Это действительно первый случай, когда у нас есть доказательства именно такого крупномасштабного движения всего во Вселенной, — заявила Маура Маклафлин, содиректор NANOGrav, исследовательского сотрудничества, опубликовавшего результаты в Astrophysical Journal Letters.
— До этого события мы были способны улавливать волны только на высоких частотах, — поясняет член NANOGrav Кьяра Мингарелли, астрофизик из йельского Университета.
В последнем исследовании ученые искали волны на гораздо более низких частотах, которые образуются годами и даже десятилетиями, и, вероятно, исходят от некоторых из самых больших объектов в нашей Вселенной.
К таковым относятся сверхмассивные черные дыры, в миллиарды раз тяжелее нашего Солнца.
Галактики по всей Вселенной постоянно сталкиваются, сливаясь воедино: тогда же происходит хоровод: огромные черные дыры в центрах этих галактик собираются вместе и кружатся в танце, прежде чем окончательно схлопнуться друг в друга.
Астрофизик из колумбийского Университета Марк Сабольч, не принимавший участие в исследовании, поясняет, что черные дыры испускают гравитационные волны, когда они вращаются в этих парах, известных как двойные.
«Двойные сверхмассивные черные дыры, медленно и спокойно вращающиеся вокруг друг друга, являются тенорами и басами космической оперы».
Никакие приборы на Земле не смогли бы уловить рябь, исходящую от этих гигантов. Поэтому «нам пришлось создать детектор размером примерно с галактику», — сказал исследователь наногравитации Майкл Лэм из института SETI.
Результаты, опубликованные на этой неделе, включали данные за 15 лет работы NANOGrav, которая использует телескопы по всей Северной Америке для поиска гравитационных волн.
Другие команды охотников за гравитационными волнами по всему миру также опубликовали исследования, в том числе в Европе, Индии, Китае и Австралии.
Ученые направили телескопы на мертвые звезды, называемые пульсарами, которые испускают вспышки радиоволн, вращаясь в космосе подобно маякам.
— Эти всплески настолько регулярны, что ученые точно знают, когда радиоволны должны прибыть на нашу планету — «как совершенно регулярные часы, тикающие далеко в космосе, — объясняет член NANOGrav Сара Вигеланд, астрофизик из Университета Висконсин-Милуоки.
Но поскольку гравитационные волны деформируют ткань пространства-времени, они фактически изменяют расстояние между Землей и этими пульсарами, нарушая этот устойчивый ритм.
Проанализировав крошечные изменения в частоте тиканья у разных пульсаров — при этом некоторые импульсы приходили немного раньше, а другие — позже, — ученые смогли определить, что через них проходили гравитационные волны.
Команда NANOGrav наблюдала за 68 пульсарами по всему небу с помощью телескопа Green Bank в Западной Вирджинии, телескопа Arecibo в Пуэрто-Рико и очень большого массива в Нью-Мексико.
Другие команды обнаружили аналогичные свидетельства от десятков других пульсаров, наблюдаемых с помощью телескопов по всему миру.
— До сих пор этот метод не позволял отследить, откуда именно исходят эти низкочастотные волны, — жалуется Марк Камионковски, астрофизик из Университета Джона Хопкинса, который не принимал участия в исследовании.
«Вместо этого он фиксировал постоянный гул, который царит вокруг нас — как будто вы стоите посреди вечеринки: «вы услышите, как все эти люди разговаривают, но вы не услышите ничего конкретного».
По словам Мингарелли, «фоновый шум, который они обнаружили, оказался «громче», чем ожидали некоторые ученые, что свидетельствует, что в космосе происходит больше слияний черных дыр, чем мы думали, или указывать на другие источники гравитационных волн, которые могут бросить вызов нашему пониманию Вселенной».
Исследователи надеются, что продолжение изучения такого рода гравитационных волн поможет науке узнать больше о самых больших объектах в нашей Вселенной. По словам Марка, это могло бы открыть новые двери для «космической археологии», которая может отслеживать историю слияния черных дыр и галактик вокруг нас.
«Мы начинаем открывать это новое окно во Вселенную», — уверен Вигеланд.
В свою очередь, обывателю трудно вообразить объекты в миллиарды раз массивнее нашего Солнца, не говоря уже о танцующих черных дырах.
