Beş farklı pulsar zamanlama dizisi işbirliğindeki gökbilimciler ve astrofizikçiler bugün, bir yerçekimi dalgası arka planının varlığını güçlü bir şekilde öneren verileri açıkladılar: evrenin en egzotik nesnelerinden bazılarından yayılan, uzay-zamanda düşük frekanslı dalgalanmaların sürekli bir mırıltısı.
Keşif, bir doğrulamadır pulsar zamanlama verilerinden önceki öneriler Evrenin yerçekimi açısından en güçlü kaynaklarından – büyük olasılıkla çarpışmaya mahkum olan süper kütleli kara deliklerden – düşük frekanslı bir sinyalin kozmosa nüfuz ettiğini.
Yeni bulgular, Çin Pulsar Zamanlama Dizisi (CPTA), Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi (EPTA), Hint Pulsar Zamanlama Dizisi (InPTA), Parkes Pulsar Zamanlama Dizisi (PPTA) ve Kuzey Amerika Nanohertz Yerçekimi Gözlemevi tarafından yapıldı. Dalgalar (NANOGrav). Son dört işbirliği, topluca Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi (IPTA) ve “konsorsiyum konsorsiyumu” daha önce iki kez veri yayınlamış, bugünkü yayınlarda yer almamıştı.
Yerçekimi dalgası arka planının kaynakları için önde gelen aday, süper kütleli kara delik ikili dosyalarıdır veya bu gülünç derecede büyük nesnelerin çiftleri yüz milyonlarca yıl boyunca birbirlerinin yörüngesinde dönen ve sonunda evrenin en aşırı olaylarından birinde birleşen. Tahmin edilmesine rağmen, hiçbir süper kütleli kara delik ikili dosyası gözlemsel olarak doğrulanmadı.
Swinburne Teknoloji Üniversitesi’nden bir astronom ve OzGrav üyesi olan Daniel Reardon, “Beklenen sinyal, evrendeki her ikili süper kütleli kara delikten gelen dalgaların toplamı olan bu yerçekimi dalgalarının rastgele ‘arka plan’ okyanusudur” dedi. , Gizmodo’ya gönderilen bir e-postada. “Bu yerçekimi dalgası arka planını gözlemlemek, evrenimizin oluşum tarihini anlamamız için önemli sonuçlara sahip, çünkü süper kütleli kara delikler galaksilerin kalbindeki motorlardır.”
Yerçekimi dalgaları ilk olarak Einstein tarafından genel görelilik teorisinde tahmin edildi. Gibi Einstein tarafından açıklanan, dalgalar, ışık hızında hareket eden bir yerçekimi alanındaki değişikliklerdir. Gerçekten de yerçekimi dalgaları, evrenin en büyük ve kompakt nesnelerinin sismik etkileşimlerinden ortaya çıkar. Karadelikler yörüngede dolandıklarında veya birbirleriyle veya nötron yıldızları gibi diğer çok yoğun nesnelerle çarpıştığında, etkileşim tarafından yerçekimi dalgaları üretilir.
Kara delikler, ışığın bile onlardan kaçamayacağı kadar güçlü yerçekimi alanlarına sahip, uzay-zamanın son derece yoğun bölgeleridir. Nötron yıldızları, kendilerini oluşturan atomların etrafında dönen elektronların atomların protonlarının üzerine çökerek tüm yıldızı büyük bir nötron haline getirecek kadar yoğun olan, son derece eski yıldız kalıntılarıdır. A bir kara delik-nötron yıldızı birleşiminin doğrulanmış tespiti ilk olarak 2021’de yapıldı.
Yerçekimi dalgaları ilk olarak 2015’te tespit edildi, Einstein’ın Lazer İnterferometre Yerçekimi-dalga Gözlemevi (veya LIGO, şimdi LIGO-Virgo-KAGRA İşbirliğinin bir parçası olan LIGO) tarafından tahmin etmesinden bir asır sonra. LIGO, Washington ve Louisiana’daki yeraltı tünellerindeki aynalar arasındaki mesafenin çok hassas ölçümlerini kullanarak uzay-zamandaki dalgalanmaları tespit etti.
Yerçekimi dalgaları Dünya’dan geçerken, LIGO’nun lazer ışığıyla ölçülen aynaları arasındaki mesafeleri çok az değiştirirler, bu da uzay-zamanın kendisinin ezilmiş veya gerilmiş olduğunu gösterir.
Ancak yerçekimi dalgası arka planı, LIGO’nun tespit ettiği yerçekimi dalgalarından çok daha ince bir sinyaldir. LIGO’nun yerçekimi dalgaları, yıldız-kütleli karadeliklerin birleşmelerinden (şiddetli bir araya gelmeler için kibar bir terim) gelir, ki bunlar tam da kulağa benzedikleri gibidir: yıldız büyüklüğünde kara delikler.
Yıldız-kütleli karadelik birleşmelerinin verdiği sinyalden çok daha sessiz bir sinyal olsa da, kütleçekimsel dalga arka planının, doğanın en büyük nesnelerinden yayıldığı teorize edilmiştir: Güneşimizin milyarlarca katı kütleye sahip, birbirinin etrafında dönen süper kütleli karadelikler. ölümcül cazibe.
Berkeley’deki California Üniversitesi’nde astrofizikçi ve NANOGrav işbirliğinin bir üyesi olan Luke Kelley, dün düzenlenen bir basın toplantısında, “Bu ikili dosyaların hiçbir örneği elektromanyetik araştırmalarda doğrulanmadı, ancak pek çok zorlayıcı aday var” dedi.
Kelley, “Ölçtüğümüz yerçekimi dalgası arka planının özellikleri, süper kütleli kara delik çiftleri için teorik beklentilerle tamamen tutarlıdır” diye ekledi. “Ancak aynı zamanda, yeni fizikle de tutarlılar.”
LIGO’nun yerçekimi dalgalarını kozmik okyanustaki büyük dalgalar olarak düşünebilirsiniz; analojiyi taşımak için, o okyanusun sürekli ince, dinamik dalgalanmaları vardır yerçekimi dalgası arka planına eşdeğer.
Bu okyanusu görmenin en iyi yolu pulsarları kullanmaktır – dikkat çekici bir zamansal güvenilirlikle Dünya’ya doğru ışık atımları gönderen hızla dönen nötron yıldızları. Pulsarlar, yerçekimi dalgası arka planını tespit etmek için kozmik deniz fenerleri gibi davranırlar.
Tıpkı bir grup radyo teleskop çanağının bir dizi (bir büyük teleskop) oluşturabilmesi gibi, bir grup pulsardan gelen radyo dalgası verileri galaksi boyutunda bir dizi oluşturmak için bir araya getirilebilir. Pulsar zamanlama dizileri tarafından tespit edilen yerçekimi dalgaları, tepeden tepeye 10 ışıkyılı (90 trilyon kilometre) uzunluğunda olabilir, bir NSF sürümüne göre.
Sonuçlar birkaç gazetede eş zamanlı olarak yayınlandı. NANOGrav seti kapakları arka plan için kanıt, pulsar gözlemleri, NANOGrav dedektörünün karakterizasyonuve keşif çalışması yeni fizik neye benzeyebilir takımın verilerinde. CPTA’nın sonuçları şunlardı: yayınlanan Astronomi ve Astrofizik Araştırmalarında ve PPTA’nın bulguları The Astrophysical Journal Letters and Publications of the Astronomical Society of Australia’da yayınlandı.
NANOGrav ekibi yarın saat 13:00 ET’de Alexandria, Virginia’daki Ulusal Bilim Vakfı genel merkezinde bulguları hakkında bir basın toplantısı yapacak. Basın toplantısı yapılacak YouTube’da canlı yayın burada.
NANOGrav’ın 2021’de yayınlanan 12,5 yıllık veri seti, yerçekimi dalgası arka planının orada olduğuna dair ikna edici bir ipucuydu, ancak yeni veriler – onların 15 yıllık veri seti – yerçekimi dalgası sinyaline eşlik eden uzamsal korelasyonların kanıtlarını içeriyor. Bu, gördükleri sinyalin gerçek anlaşma olma olasılığını artırır.
“Şu anda, tüm gökyüzünde temelde aynı olan bir sinyal görüyoruz. Duyarlılığımız arttıkça, sinyalin gökyüzüne nasıl dağıldığını görmeye başlayacağız, “dedi Colorado Boulder Üniversitesi’nden bir astronom ve NANOGrav işbirliğinin bir üyesi olan Joseph Simon, Gizmodo’ya bir e-posta ile.
Sinyalin dağılımı, arka plandaki sıcak noktaları veya yerçekimi dalgası arka plan kaynaklarının özellikle gürültülü olduğu bölgeleri ortaya çıkaracaktır. Bu, kütlelerinden veya insan dedektörlerine yakınlıklarından kaynaklanıyor olabilir.
Simon, süper kütleli kara delik çiftleri birbirine yaklaştıkça, sinüzoidal yerçekimi dalga sinyalinin, pulsar zamanlama dizilerinin duyarlı olmadığı bir “cıvıltı” haline geldiğini ekledi.
“GWB için kanıt sağlama açısından ikisi de daha iyi veya daha kötü değil, ancak bireysel SMBH ikili sistemleri, PTA’lar tarafından görülen GWB’nin kaynağının enflasyon gibi başka bir kozmolojik kaynaktan ziyade SMBH ikili dosyalarından gelip gelmediğini belirlemeye yardımcı olmanın bir yoludur. diye ekledi Simon.
Simon, birleşmenin eşiğindeki süper kütleli kara deliklerin “cıvıltılarını” görmek için astronomların Lazer İnterferometre Uzay Anteni veya LISA. LISA, Kubrick tarzında birbirlerinin yörüngesinde dönen ve uzayda kenarları 1,5 milyon mil (2,41 milyon kilometre) olan bir üçgen oluşturan üç uzay aracından oluşacak planlı bir Avrupa Uzay Ajansı (ESA) görevidir.
LISA, yerçekimi dalgalarını LIGO ile aynı şekilde, ancak çok daha büyük bir ölçekte algılar. LIGO’nun kolları 2,5 mil (4 kilometre) uzunluğundadır – planlanan uzay tabanlı yerçekimi dalgası gözlemevine kıyasla düpedüz mikroskobiktir.
LISA’nın yanı sıra, IPTA’nın üçüncü veri yayını, kesinlikle dünya çapında faaliyet gösteren her bir pulsar zamanlama dizisinin bulgularını pekiştirecek heyecan verici sonuçlar verecektir.
Yeni veri kümeleri, bir yerçekimi dalgası arka planının artan olasılığını çözüyor, ancak aynı zamanda yeni soruları da gündeme getiriyor.
PPTA analizine eş liderlik eden CSIRO gökbilimcisi Andrew Zic, Gizmodo’ya gönderdiği bir e-postada, “Beklenmedik bir şekilde, yerçekimi dalgaları nedeniyle uzay-zaman sıkışmasının ve esneme miktarının zamanla arttığını gördük” dedi. “Bunun altında yatan neden bizim için bir muamma, ancak kullandığımız modellemede henüz keşfedilmemiş bir sorun değilse, yerçekimi dalgalarının kendileriyle ilgili beklenmedik ve ilginç bir şey olabilir.”
Yerçekimi dalgası arka planını tespit etmek, astrofizikçilere ipucu verir. süper kütleli kara deliklerin evrimi; evrende gözlemlenen orta kütleli karadeliklerin kıtlığı var, bu da bilim adamlarının Güneşimizin milyarlarca katı kütlelerin nasıl ortaya çıktığını anlamalarını zorlaştırıyor. Süper kütleli kara delikler erken evrende her yerde bulunmuş olabilir.ayrıca nesnelerin ne kadar hızlı büyüyebileceğine dair soruları gündeme getiriyor.
Zic, “Deneylerimiz, sonunda birleşecek olan bu süper kütleli kara deliklerin çiftleri için doğrudan kanıt bulabilmemizin tek yollarından biri” diye ekledi ve “Bu yerçekimi dalgalarını inceleyerek galaksilerin nasıl birleştiğini anlayabileceğiz. kozmik tarih boyunca daha ayrıntılı olarak.”
Süper kütleli kara delik ikili dosyaları, görünen yerçekimi dalgası arka planının tek suçlusu olsa da, yeni fizik yerine hiç suçlu olmasa da, daha fazla verinin kozmosu sarsacağı kesin.
Evrenin en görkemli nesnelerinin gümbürtüleri nihayet dalga geçiliyor çünkü bilim adamları bizzat yıldızlardan gözlemevleri yaratmayı başardılar. Gökyüzünün sınır olduğunu söyleyebilirim, ancak bu çok hafif bir ifade olur.
Devamı: Gökbilimciler Yerçekimi Dalgalarını Tespit Etti. Şimdi Kozmik Okyanusu Görmek İstiyorlar