Dünyanın 500 km üzerinde yörüngede dönen Fermi Geniş Alan Teleskobu, milisaniyelik pulsarlardan gelen gama ışınlarını toplar. Bu yüksek enerjili fotonlar Samanyolu boyunca seyahat ederken, birleşmiş gökadaların merkezlerinde birleşen süper kütleli karadelik çiftlerinin ürettiği düşük frekanslı yerçekimi dalgaları deniziyle karşılaşırlar. Dalga boyları 100 trilyon kilometreyi aşan uzay-zaman dalgalanmaları, her bir fotonun beklenenden biraz daha erken veya biraz daha geç gelmesine neden olur. Bu milisaniyelik pulsarların çoğundan gelen gama ışınlarını izlemek – pulsar zamanlama dizisi olarak bilinen bir deney – bu belirgin imzayı ortaya çıkarabilir. Pulsar zamanlama dizileri daha önce sadece hassas radyo teleskoplarını kullanmaktaydı. Şimdi, Fermi’den gelen veriler, gama ışını tabanlı bir pulsar zamanlama dizisini mümkün kılıyor ve bu yerçekimi dalgalarının yeni, net bir görünümünü veriyor. Kredi: © Daniëlle Futselaar/MPIfR (artsource.nl)
NASA’nın FERMI Uydusu Son Derece Uzun Dalga Boylu Yerçekimi Dalgası Sinyallerini Avlıyor
Birleşen galaksilerin merkezlerinde birleşen süper kütleli kara delikler, evreni düşük frekansla dolduruyor yerçekimi dalgaları. Gökbilimciler, bu uzay-zaman dalgalanmalarının Galaksimiz içindeki pulsarlar tarafından yayılan radyo dalgaları üzerindeki ince etkisini aramak için büyük radyo teleskoplarını kullanarak bu dalgaları arıyorlar. Şimdi, uluslararası bir bilim adamları ekibi, toplanan yüksek enerjili ışığın NASAAramada Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu da kullanılabilir. Radyo dalgaları yerine gama ışınlarının kullanılması, pulsarların daha net görülmesini sağlar ve yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bağımsız ve tamamlayıcı bir yol sağlar.
Almanya, Bonn’daki Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü’nden Aditya Parthasarathy ve Michael Kramer dahil olmak üzere uluslararası bir bilim adamları ekibinin bulguları yakın zamanda dergide yayınlandı. Bilim.
Bir yerçekimi dalgasının uzunluğu veya uzay-zamandaki dalgalanma, bu bilgi grafiğinde gösterildiği gibi kaynağına bağlıdır. Bilim adamları, spektrumun mümkün olduğunca çoğunu incelemek için farklı türde dedektörlere ihtiyaç duyarlar. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi Kavramsal Görüntü Laboratuvarı
Yerçekimi Dalgaları Denizi
Çoğu galaksinin kalbinde—bizimki gibi yüz milyarlarca yıldızın koleksiyonları Samanyolu-bir süper kütleli yatıyor Kara delik. Galaksiler, muazzam yerçekimleri ile birbirlerine çekilirler ve birleştiklerinde kara delikler yeni merkeze batarlar. Kara delikler içe doğru spiral çizip birleştikçe, dalga tepeleri arasında yüz trilyonlarca kilometre uzayan uzun yerçekimi dalgaları yaratırlar. Evren, böyle birleşen süper kütleli kara deliklerle doludur ve onlar onu düşük frekanslı bir uzay-zaman dalgalanmaları deniziyle doldururlar.
Gökbilimciler, büyük kütleli yıldızların yoğun kalıntıları olan pulsarlardan gelen darbeleri gözlemleyerek on yıllardır bu dalgaları arıyorlar. Pulsarlar son derece düzenli bir şekilde dönerler ve gökbilimciler her nabzı ne zaman bekleyeceklerini tam olarak bilirler. Bununla birlikte, yerçekimi dalgaları denizi, darbeler dünyaya ulaştığında ustaca değişir ve gökyüzündeki birçok pulsarın hassas bir şekilde izlenmesi onun varlığını ortaya çıkarabilir.
Bu görselleştirme, neredeyse eşit kütleye sahip iki kara deliğin (kara küreler) birlikte sarmal olarak ve birleşirken yaydığı yerçekimi dalgalarını göstermektedir. Kara deliklerin yakınındaki sarı yapılar, bölgedeki uzay-zamanın güçlü eğriliğini göstermektedir. Turuncu dalgalanmalar, hızla yörüngede dönen kütlelerin neden olduğu uzay-zaman çarpıklıklarını temsil eder. Bu çarpıtmalar yayılır ve zayıflar, sonunda yerçekimi dalgaları (mor) haline gelir. Birleşme zaman ölçeği kara deliklerin kütlelerine bağlıdır. Güneş kütlesinin yaklaşık 30 katı olan kara delikler içeren bir sistem için, LİGO 2015’te, filmin başlangıcındaki yörünge periyodu sadece 65 milisaniyedir ve kara delikler ışık hızının yaklaşık yüzde 15’i ile hareket eder. Uzay-zaman bozulmaları yörünge enerjisini yayar ve ikili sistemin hızla büzülmesine neden olur. İki kara delik birbirine yaklaştıkça, son yerçekimi dalgalarının yayıldığı “çalışma” aşamasına yerleşen tek bir kara delikte birleşirler. 2015 LIGO tespiti için, bu olaylar saniyenin dörtte birinden biraz fazla bir sürede gerçekleşti. Bu simülasyon, NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’ndeki Pleiades süper bilgisayarında gerçekleştirildi. Kredi: NASA/Bernard J. Kelly (Goddard and Univ. of Maryland Baltimore County), Chris Henze (Ames) ve Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC)
Bu dalgalar için önceki aramalar, yalnızca radyo dalgalarını toplayan ve analiz eden büyük radyo teleskoplarını kullanmıştı. Ancak şimdi uluslararası bir bilim adamları ekibi, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu ile toplanan on yıldan fazla verilerde bu küçük varyasyonları aradı ve analizleri, bu dalgaları tespit etmenin sadece birkaç yıllık ek gözlemlerle mümkün olabileceğini gösteriyor.
“Fermi, evreni ışığın en enerjik formu olan gama ışınlarında inceler. Bu yerçekimi dalgalarını aramamız gereken pulsar türlerini bulmanın ne kadar iyi olduğuna şaşırdık – şimdiye kadar 100’ün üzerinde!” Washington’daki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’nda araştırma fizikçisi olan Matthew Kerr, dedi. “Fermi ve gama ışınları, birlikte onları bu araştırmada çok güçlü bir araç haline getiren bazı özel özelliklere sahiptir.”
Almanya, Bonn’daki Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü’nde (MPIfR) bir araştırmacı olan Kerr ve Aditya Parthasarathy tarafından ortaklaşa yürütülen çalışmanın sonuçları, Science dergisinin 07 Nisan sayısında yayınlandı.
Kozmik Saatler
Işık birçok form alır. Düşük frekanslı radyo dalgaları bazı nesnelerden geçebilirken, yüksek frekanslı gama ışınları madde ile karşılaştıklarında enerjik parçacık yağmurlarına patlar. Yerçekimi dalgaları da geniş bir spektrumu kapsar ve daha büyük nesneler daha uzun dalgalar üretme eğilimindedir.
Süper kütleli kara deliklerin birleştirilmesiyle çalışan trilyon kilometrelik dalgaları tespit edecek kadar büyük bir dedektör inşa etmek imkansızdır, bu nedenle astronomlar doğal olarak oluşan dedektörler kullanırlar. pulsar zamanlama dizileri Bunlar, hem radyo dalgalarında hem de gama ışınlarında parlayan ve her saniyede yüzlerce kez dönen milisaniyelik pulsar topluluklarıdır. Deniz fenerleri gibi, bu radyasyon ışınları, dünyayı süpürürken düzenli olarak titreşiyor gibi görünüyor ve yerçekimi dalgaları denizinden geçerken, uzak, büyük kara deliklerin hafif gümbürtüsüyle damgalanıyorlar.
Eşsiz Bir Prob
Pulsarlar ilk olarak radyo teleskopları kullanılarak keşfedildi ve radyo teleskoplarla yapılan pulsar zamanlama dizisi deneyleri yaklaşık yirmi yıldır yapılıyor. Bu büyük çanaklar, yerçekimi dalgalarının etkilerine karşı en fazla hassasiyeti sağlar, ancak yıldızlararası etkiler, radyo verilerinin analizini karmaşıklaştırır. Uzay çoğunlukla boştur, ancak bir pulsar ile dünya arasındaki geniş mesafeyi geçerken, radyo dalgaları hala birçok elektronla karşılaşır. Bir prizmanın görünür ışığı bükme şekline benzer şekilde, yıldızlararası elektronlar radyo dalgalarını büker ve varış zamanlarını değiştirir. Enerjik gama ışınları bu şekilde etkilenmez, bu nedenle tamamlayıcı ve bağımsız bir pulsar zamanlama yöntemi sağlarlar.
Parthasarathy, “Fermi sonuçları, yerçekimi dalgası arka planını potansiyel olarak tespit etme söz konusu olduğunda, radyo pulsar zamanlama dizileri kadar zaten %30 daha iyi” dedi. “Bir beş yıl daha pulsar veri toplama ve analizi ile, tüm bu başıboş elektronlar için endişelenmenize gerek kalmaması gibi ek bir avantajla eşit derecede yetenekli olacak.”
Fermi’nin piyasaya sürülmesinden önce öngörülmeyen bir gama ışını pulsar zamanlama dizisi, yerçekimi dalgası astrofiziğinde yeni ve güçlü bir yeteneği temsil ediyor.
“Pulsarlarla yerçekimi dalgası arka planını tespit etmek erişilebilir durumda ancak zor. Burada, Fermi aracılığıyla beklenmedik bir şekilde gösterilen bağımsız bir yöntem, hem gelecekteki bulguları doğrulamak hem de radyo deneyleriyle sinerjilerini göstermek için harika bir haber”, diyerek sözlerini sonlandırıyor MPIfR direktörü ve Radyo Astronomi araştırma bölümünde Temel Fizik başkanı Michael Kramer.
Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi için, NASA’nın Canavar Kara Deliklerinden Yerçekimi Dalgalarını Avlayan Fermi Uzay Teleskobu’na bakın.
Referans: “Bir gama ışını pulsar zamanlama dizisi nanohertz yerçekimi dalgası arka planını kısıtlıyor”, The Fermi-LAT Collaboration, 7 Nisan 2022, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abm3231
Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu, NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilen bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır. Fermi, Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki akademik kurumların ve ortakların önemli katkılarıyla ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde geliştirildi.
FERMI-LAT işbirliği, her ikisi de Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü’nden Aditya Parthasarathy ve Michael Kramer dahil olmak üzere uluslararası bir bilim adamları ekibinden oluşuyor.