Позадина со гравитациски бранови (GWB): Пробив во директното откривање

Гравитациски бран беше директно откриен за прв пат во 2015 година по еден век од неговото предвидување од Ајнштајновата Општа теорија на релативноста во 1916 година. Но, континуираната, ниска фреквенција Гравитациски-бранова позадина (GWB) за која се смета дека е присутна во текот на универзумот досега не е директно откриен. Истражувачите од северноамериканската опсерваторија Нанохерц за Гравитациски бранови (NANOGrav) неодамна објавија детекција на сигнал со ниска фреквенција што може да биде „Позадина со гравитациски бранови (GWB)“.   

Општата теорија на релативност, предложена од Ајнштајн во 1916 година, предвидува дека големите космички настани како што се супернова или спојување на црни дупки треба да произведува гравитациони бранови кои се шират низ Универзумот. Земјата треба да се преплави со гравитациони бранови од сите правци цело време, но тие се неоткриени бидејќи стануваат екстремно слаби додека стигнат до Земјата. Беше потребен околу еден век за да се направи директно откривање на гравитационите бранови кога во 2015 година тимот LIGO-Virgo беше успешен во откривањето гравитациони бранови произведени поради спојување на две црни дупки се наоѓа на оддалеченост од 1.3 милијарди светлосни години од Земјата ⁽¹⁾. Ова исто така значело дека откриените бранови биле носители на информации за космичкиот настан што се случил пред околу 1.3 милијарди години.  

Од првото откривање во 2015 година, добар број на гравитациски бранови се евидентирани до денес. Повеќето од нив беа поради спојување на две црни дупки, малкумина се должат на судир на две неутронски ѕвезди ⁽²⁾. Сите откриени гравитациони бранови досега беа епизодни, предизвикани поради бинарни пар на црни дупки или неутронски ѕвезди кои спирално се спојуваат или се судираат една со друга ⁽³⁾ и беа со висока фреквенција, кратка бранова должина (во опсег од милисекунди).   

Меѓутоа, бидејќи постои можност за голем број на извори на гравитациони бранови во универзумот па оттука и многу гравитациони бранови заедно од сите страни на универзумот може постојано да минува низ земјата цело време формирајќи позадина или бучава. Ова треба да биде континуирано, случајно и со мал бран со ниска фреквенција. Се проценува дека некој дел од него можеби потекнува од Големата експлозија. Се јави Гравитациски-wave Background (GWB), ова досега не е откриено ⁽³⁾.  

Но, можеби сме на работ на пробив - истражувачите од северноамериканската опсерваторија Нанохерц за Гравитациски бранови (NANOGrav) објавија детекција на сигнал со ниска фреквенција што може да биде „Позадина со гравитациски бранови (GWB) ^(4,5,6).  

За разлика од тимот на LIGO-virgo кој откри гравитациски бран од поединечни парови на црни дупки, тимот на NANOGrav бараше упорни, бучави како „комбинирани“ гравитациски бран создадена во текот на многу долг временски период од безброј црни дупки во универзумот. Фокусот беше на „многу долга бранова должина“ гравитациски бран на другиот крај на „спектрумот на гравитационите бранови“.

За разлика од светлината и другите електромагнетни зрачења, гравитационите бранови не можат да се набљудуваат директно со телескоп.  

Тимот на NANOGrav избра милисекунда пулсари (MSPs) кои ротираат многу брзо со долгорочна стабилност. Постои постојана шема на светлина што доаѓа од овие пулсери кои треба да бидат изменети од гравитациониот бран. Идејата беше да се набљудува и следи ансамбл од ултрастабилни милисекундни пулсари (MSP) за корелирани промени во времето на пристигнувањето на сигналите на Земјата, со што се создава „Галакси-голем“ детектор на гравитациски бранови во нашиот сопствен галаксија. Тимот создаде низа за тајминг на пулсар со проучување на 47 такви пулсари. Опсерваторијата Аресибо и телескопот Грин Банк беа Радио телескопи кои се користат за мерења.   

Досегашното збир на податоци вклучува 47 MSP и над 12.5 години набљудувања. Врз основа на ова, не е можно дефинитивно да се докаже директното откривање на GWB, иако откриените сигнали со ниска фреквенција многу укажуваат на тоа. Можеби следниот чекор би бил да се вклучат повеќе пулсари во низата и да се проучуваат подолг временски период за да се зголеми чувствителноста.  

Да се ​​проучи на универзумот, научниците беа исклучиво зависни од електромагнетни зрачења како светлина, рендген, Радио бран итн. Бидејќи е целосно неповрзано со електромагнетното зрачење, откривањето на гравитацијата во 2015 година отвори нов прозорец на можност за научниците да ги проучуваат небесните тела и да го разберат универзумот особено оние небесни настани кои се невидливи за електромагнетните астрономи. Понатаму, за разлика од електромагнетното зрачење, гравитационите бранови не комуницираат со материјата, па оттука патуваат практично непречено носејќи информации за нивното потекло и извор без какво било изобличување.⁽³⁾

Откривањето на позадината на гравитационите бранови (GWB) дополнително ќе ја прошири можноста. Може дури и да стане возможно да се детектираат брановите генерирани од Биг Бенг, што може да ни помогне да го разбереме потеклото на универзумот на подобар начин.

***

Дои: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121  

***

Референци:  

1. Castelvecchi D. и Witze A., 2016 година. Конечно пронајдени гравитационите бранови на Ајнштајн. Nature News 11 февруари 2016 година. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. Што откриваат 50 настани со гравитациски бранови за Универзумот. Nature News објавени на 30 октомври 2020 година. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. Извори и типови на гравитациони бранови. Достапно онлајн на https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Пристапено на 12 јануари 2021 година. 

4. NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav наоѓа можни „први совети“ за позадината на нискофреквентните гравитациски бранови. Достапно онлајн на http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Пристапено на 12 јануари 2021 година 

5. NANOGrav Collaboration 2021. Брифинг за печатот – Барање на позадината на гравитационите бранови во 12.5 години на NANOGrav податоци. 11 јануари 2021. Достапно онлајн на http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. Збир на податоци од NANOGrav 12.5 год: Пребарај за изотропна стохастичка позадина на гравитациони бранови. The Astrophysical Journal Letters, том 905, број 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***