FAST, yüksek hassasiyeti ile nanohertz yerçekimi dalgalarının varlığına dair temel kanıtların bulunmasına yardımcı olur. Kredi: CAS’tan NAOC tarafından görüntü
Çin Pulsar Zamanlama Dizisi (CPTA) işbirliği, nanohertz’in kanıtlarını belirledi[{” attribute=””>gravitational waves using the Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST). Despite their shorter data set, their high sensitivity yielded results comparable to other international groups. This discovery is pivotal in understanding the Universe’s structure and behavior of supermassive black holes, paving the way for future exploration of gravitational waves.
A group of Chinese scientists has recently found key evidence for the existence of nanohertz gravitational waves, marking a new era in nanoHertz gravitational wave research. The research was based on pulsar timing observations carried out with the Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST).
The research was conducted by the Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) collaboration, which comprises researchers from the National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) and other institutes. Their findings were published online in the academic journal Research in Astronomy and Astrophysics (RAA).
Other international pulsar timing array collaborations will announce similar results on the same day.
Chinese scientists has recently found key evidence for the existence of nanohertz gravitational waves, marking a new era in nanoHertz gravitational research. Credit: Image by CAS New Media Lab
Acceleration of massive objects disturbs the surrounding space-time and produces “ripples,” i.e., gravitational waves. Although such wave signals are extremely weak, they offer a direct method for probing masses that do not emit light. For this reason, astronomers have long aimed to use gravitational waves to aid in understanding the formation of the Universe’s structures and investigating the growth, evolution, and merger of the most massive celestial objects in the Universe, that is, supermassive black holes. Such research will also help physicists gain insight into the fundamental physical laws of space-time.
Taking advantage of FAST’s high sensitivity, the CPTA research team monitored 57 millisecond pulsars with regular cadences for 41 months. The team found key evidence for quadrupole correlation signatures compatible with the prediction of nanohertz gravitational waves at a 4.6-sigma statistical confidence level (with a false alarm probability of two in a million).
The team used independently developed data analysis software and data processing algorithms to achieve its breakthrough at the same time as other international groups. Independent data processing pipelines produced compatible results.
Çinli bilim adamları son zamanlarda nanohertz yerçekimi dalgalarının varlığına dair önemli kanıtlar bularak nanoHertz yerçekimi araştırmasında yeni bir çağa işaret ediyor. Kredi: CAS New Media Lab tarafından hazırlanan video
CPTA veri setinin zaman aralığı şu anda nispeten kısadır. Ancak FAST teleskobunun yüksek hassasiyetinden dolayı CPTA, diğer PTA’lara kıyasla benzer hassasiyete ulaşmıştır. Gelecekteki gözlemler yakında CPTA verilerinin kapsamını genişletecek ve mevcut sinyallerin astronomik kaynaklarının belirlenmesine yardımcı olacaktır.
Daha büyük kütleli nesneler daha düşük frekanslı yerçekimi dalgaları üretir. Örneğin, evrendeki en büyük gök cismi olan süper kütleli Kara delik Galaksilerin merkezindeki ikili sistemler (güneş kütlesinin 100 milyon ila 100 milyar katı ile), esas olarak nanohertz bandında, yıllardan on yıllara kadar karşılık gelen sinyal zaman ölçekleriyle yerçekimi dalgaları üretir. Bu frekans bandı aynı zamanda erken Evren süreçlerinden gelen yerçekimi dalgası katkılarının yanı sıra kozmik sicimler gibi egzotik nesneleri de içerir.
Kozmik gözlemde nanohertz yerçekimi dalgalarının kullanılması, süper kütleli kara delikler, galaksi birleşmelerinin tarihi ve Evrendeki büyük ölçekli yapıların oluşumu gibi çağdaş astrofizikteki temel problemlerin incelenmesinde bu nedenle son derece önemlidir.
Nanohertz yerçekimi dalgalarının tespiti, karşılık gelen sürenin birkaç yıl kadar uzun olabileceği ve dalga boylarının birkaç ışık yılına kadar çıkabileceği son derece düşük frekansları nedeniyle çok zordur. Şimdiye kadar, aşırı dönme kararlılığına sahip milisaniyelik pulsarların uzun vadeli zamanlama gözlemi, nanohertz yerçekimi dalgalarını etkili bir şekilde tespit etmek için bilinen tek yöntemdir.
Bu dalgalar için avlanma, günümüz fiziği ve astronomisinin ana odak noktalarından biridir. Kuzey Amerika Nanohertz Yerçekimi Dalgaları Gözlemevi (NANOGrav), Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi (EPTA) ve Avustralya Parkes Pulsar Zamanlama Dizisi (PPTA) dahil olmak üzere bölgesel pulsar zamanlama dizisi işbirlikleri, 20 yılı aşkın bir süredir pulsar zamanlama verilerini toplamaktadır. , nanohertz yerçekimi dalgalarını tespit etmek amacıyla. Son zamanlarda, CPTA, Hindistan Pulsar Zamanlama Dizisi (InPTA) ve Güney Afrika Pulsar Zamanlama Dizisi (SAPTA) dahil olmak üzere birkaç yeni bölgesel işbirliği de bu alana katıldı.
Pulsar zamanlama dizilerinin nanohertz yerçekimi dalgalarına algılama hassasiyeti, gözlemsel zaman aralığına güçlü bir şekilde bağlıdır; yani, gözlemsel zaman aralığındaki artışla birlikte hassasiyet hızla artar. Mevcut CPTA’nın gözlemsel zaman aralığı daha kısadır, bu da zaman aralığını etkili bir şekilde artırmayı kolaylaştırır, örneğin 41 ay daha gözlem yapmak, zaman aralığını iki katına çıkarır.
Gelecekte, bu bölgesel işbirlikleri, uluslararası pulsar zamanlama dizisi işbirliğini teşvik edecek ve nanohertz yerçekimi dalgası gözlemleri yoluyla Evrenin keşfini genişletecektir.
Referans: Heng Xu, Siyuan Chen, Yanjun Guo, Jinchen Jiang, Bojun Wang, Jiangwei Xu, Zihan Xue, R. Nicolas Caballero, “Çin Pulsar Zamanlama Dizisi Veri Sürümü I ile Nano-Hertz Stokastik Yerçekimi Dalgası Arka Planının Aranması”, Jianping Yuan, Yonghua Xu, Jingbo Wang, Longfei Hao, Jingtao Luo, Kejia Lee, Jinlin Han, Peng Jiang, Zhiqiang Shen, Min Wang, Na Wang, Renxin Xu, Xiangping Wu, Richard Manchester, Lei Qian, Xin Guan, Menglin Huang , Chun Sun ve Yan Zhu, 29 Haziran 2023, Astronomi ve Astrofizik Araştırmaları.
DOI: 10.1088/1674-4527/acdfa5