Gökbilimciler eski kara deliklerin ürettiği yerçekimi dalgalarını ölçmek için ölü yıldızları kullanırlar.

Uluslararası bir gökbilimciler ekibi bir şey tespit etti. zayıf sinyal evrende yankılanan yerçekimi dalgaları. Ölü yıldızları dev bir ağ olarak kullanarak yerçekimi dalgası dedektörleriişbirliği—adlandırılır NANOGrav– uzay-zamanın dalgalanmalarından oluşan bir korodan düşük frekanslı bir uğultu ölçebildi.

ben bir astronom hakkında araştırma yapan ve yazan kozmoloji, Kara delikler Ve ötegezegenler. araştırdım süper kütleli kara deliklerin evrimi Hubble Uzay teleskobunu kullanarak.

Bu yeni keşfin arkasındaki ekibin üyeleri henüz kesin olmasa da, ölçtükleri yerçekimi dalgalarının arka plan uğultusunun, süper kütleli karadeliklerin sayısız eski birleşme olaylarından kaynaklandığından şüpheleniyorlar.

Kozmoloji için ölü yıldızları kullanma

yerçekimi dalgaları büyük ivmeli nesnelerin neden olduğu uzay-zamandaki dalgalanmalardır. Albert Einstein, bir yerçekimi dalgası uzaydan geçtiğinde, uzayın periyodik olarak küçüldüğünü ve ardından genişlediğini varsaydığı genel görelilik teorisinde onların varlığını tahmin etti.

Araştırmacılar yerçekimsel dalgaların doğrudan kanıtını ilk olarak 2015 yılında, LIGO olarak bilinen Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi’nin bir sinyalden bir sinyal aldığı zaman tespit ettiler. birleşen kara delikler çifti Dünya’ya ulaşmak için 1,3 milyar ışıkyılı yol kat etmişti.

NANOGrav işbirliği ayrıca uzay-zaman dalgalanmalarını yıldızlararası ölçekte tespit etmeye çalışıyor. Ekip, bir radyo emisyonu ışını yayan ölü yıldızları hızla döndüren pulsarlar kullandı. Pulsarlar işlevsel olarak bir deniz fenerine benzerler; döndükçe ışınları Dünya’yı baştan aşağı tarayabilir. Düzenli aralıklarla.

NANOGrav ekibi pulsarlar kullandı. inanılmaz hızlı döndür—saniyede 1.000 defaya kadar— ve bu darbeler, bir tik tak sesi gibi zamanlanabilir. son derece hassas kozmik saat. Yerçekimi dalgaları bir atarcayı ışık hızında geçerken, dalgalar atarca ile Dünya arasındaki mesafeyi çok hafifçe genişletecek ve daraltacak, tikler arasındaki süreyi çok az değiştirecek.

Pulsarlar o kadar hassas saatlerdir ki, tik taklarını 100 nanosaniye hassasiyetle ölçmek mümkündür. Bu, astronomların bir pulsar ile Dünya arasındaki mesafeyi 100 adım (30 metre). Yerçekimi dalgaları, bu atarcalar ile Dünya arasındaki mesafeyi onlarca mil değiştirerek, atarcaları kolayca bu etkiyi algılayacak kadar hassas hale getirir.

Kakofoni içinde bir uğultu bulmak

NANOGrav ekibinin yapması gereken ilk şey, kozmik yerçekimi dalgası detektöründe gürültü. Bu, kullandığı radyo alıcılarındaki gürültüyü ve pulsarların davranışını etkileyen ince astrofizikleri içeriyordu. Bu etkileri hesaba katsa bile, ekibin yaklaşımı yerçekimi dalgalarını tespit edecek kadar hassas değildi. bireysel süper kütleli kara delik ikili dosyaları. Bununla birlikte, Büyük Patlama’dan bu yana evrenin herhangi bir yerinde meydana gelen tüm büyük kara delik birleşmelerinin toplamını -bir milyon kadar çakışan sinyali- tespit edecek kadar duyarlılığa sahipti.

Müzikal bir analojide, kalabalık bir şehir merkezinde durup uzakta bir yerde bir senfoninin zayıf sesini duymaya benzer. Etrafınızdaki arabaların ve insanların gürültüsünden tek bir enstrüman seçemezsiniz ama yüzlerce enstrümanın uğultusunu duyabilirsiniz. Ekip bunun imzasını atmak zorunda kaldı. yerçekimi dalgası “arka plan” diğer rakip sinyallerden

Ekip, 15 yıl boyunca 67 farklı atarcadan oluşan bir ağı ölçerek bu senfoniyi tespit edebildi. Bir atarcanın tik taklarındaki bir bozulma, uzak evrenden gelen yerçekimi dalgalarından kaynaklanıyorsa, ekibin izlediği tüm atarcalar benzer şekilde etkilenecektir. 28 Haziran 2023’te ekip yayınladı dört kağıt projesini ve yerçekimi dalgası arka planına dair bulduğu kanıtı açıklıyor.

NANOGrav işbirliğinin bulduğu uğultu, güneşten milyarlarca kat daha büyük olan kara deliklerin birleşmesinden üretiliyor. Bu kara delikler birbirlerinin etrafında çok yavaş dönerler ve kütle çekim dalgaları üretirler. hertz’in milyarda birinin frekansları. Bu, uzay-zaman dalgalanmalarının birkaç on yılda bir salınım yaptığı anlamına gelir. Dalganın bu yavaş salınımı, ekibin pulsarların inanılmaz derecede doğru zaman işleyişine güvenmek zorunda olmasının nedeniydi.

Bu yerçekimi dalgaları, LIGO’nun algılayabildiği dalgalardan farklıdır. LIGO’nun sinyalleri, iki kara delik Güneşin kütlesinin 10 ila 100 katı hızla dönen tek bir nesnede birleşerek saniyede yüzlerce kez salınan yerçekimi dalgaları yaratır.

Kara delikleri bir diyapazon olarak düşünürseniz, olay ne kadar küçükse, diyapazon o kadar hızlı titreşir ve ses perdesi o kadar yüksek olur. LIGO, işitilebilir aralıkta “çalan” yerçekimi dalgalarını algılar. NANOGrav ekibinin bulduğu kara delik birleşmeleri, milyarlarca kez duyulamayacak kadar düşük bir frekansla “halka” buldu.

Erken evrendeki dev kara delikler

Gökbilimciler, yıldızların ve galaksilerin Büyük Patlama’nın ardından ilk kez nasıl ortaya çıktığını uzun süredir araştırmakla ilgileniyorlar. NANOGrav ekibinin bu yeni bulgusu, büyük ölçüde James Webb Uzay Teleskobu sayesinde ortaya çıkmaya başlayan erken evren resmine başka bir renk – yerçekimi dalgaları – eklemek gibi.

Önemli bir bilimsel hedef James Webb Uzay Teleskobu araştırmacıların Büyük Patlama’dan sonra ilk yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğunu incelemelerine yardımcı olmaktır. Bunu yapmak için James Webb, inanılmaz derecede uzak yıldızlardan ve galaksilerden gelen zayıf ışığı tespit edecek şekilde tasarlandı. Bir nesne ne kadar uzaktaysa, ışığın Dünya’ya ulaşması o kadar uzun sürer, bu nedenle James Webb, Dünya’dan gelen ışığı görmek için 13,5 milyar yıl geriye bakabilen etkili bir zaman makinesidir. ilk yıldızlar ve galaksiler evrende.

Bu arayışta çok başarılı oldu, bulduktan sonra yüzlerce galaksi Büyük patlamadan sonraki ilk 700 milyon yılda evreni ışıkla dolduran. Teleskop da tespit etti en eski kara delik Büyük Patlama’dan sadece 500 milyon yıl sonra oluşan bir galaksinin merkezinde yer alan evrende.

Bu bulgular, evrenin evrimiyle ilgili mevcut teorilere meydan okuyor.

uzun zaman alır büyük bir galaksi büyütmek. Gökbilimciler, süper kütleli karadeliklerin her galaksinin merkezinde yer aldığını ve ev sahibi galaksilerle orantılı kütleye sahip olduğunu biliyorlar. Yani bu antik galaksiler neredeyse kesin olarak buna karşılık gelen büyük kara delik merkezlerinde.

Sorun şu ki, James Webb’in bulduğu nesneler, mevcut teorinin olması gerektiğini söylediğinden çok daha büyük.

NANOGrav ekibinin bu yeni sonuçları, astronomların eski evrenin yerçekimi dalgalarını ilk kez dinleme fırsatından ortaya çıktı. Bulgular, umutlandırırken, kesin bir keşif iddia edecek kadar güçlü değiller. Ekip pulsar ağını genişlettiği için bu muhtemelen değişecektir. 115 pulsarı içerecek şekilde James Webb ve diğer araştırmalar galaksilerin nasıl evrimleştiğine dair mevcut teorilere meydan okurken, kütleçekim dalgalarını kullanarak Büyük Patlama’dan sonraki dönemi inceleme yeteneği paha biçilmez bir araç olabilir.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.