Bilim adamları nanohertz yerçekimi dalgalarının varlığına dair önemli kanıtlar buluyor

Bir grup Çinli bilim adamı yakın zamanda nanohertz yerçekimi dalgalarının varlığına dair önemli kanıtlar bularak nanohertz yerçekimi dalgası araştırmalarında yeni bir çağa işaret ediyor. Araştırma, Beş Yüz Metre Açıklıklı Küresel Radyo Teleskopu (FAST) ile gerçekleştirilen pulsar zamanlama gözlemlerine dayanıyordu.

Araştırma, Çin Bilimler Akademisi (NAOC) Ulusal Astronomik Gözlemevleri ve diğer enstitülerden araştırmacıları içeren Çin Pulsar Zamanlama Dizisi (CPTA) işbirliği tarafından yürütüldü. Bulguları dergide 28 Haziran’da çevrimiçi olarak yayınlandı. Astronomi ve Astrofizik Araştırmaları (RAA).

Diğer uluslararası pulsar zamanlama dizisi işbirlikleri de aynı gün içinde benzer sonuçları açıklayacak.

Büyük kütleli nesnelerin ivmesi, çevredeki uzay-zamanı bozar ve “dalgalanmalar”, yani yerçekimi dalgaları üretir. Bu tür dalga sinyalleri son derece zayıf olmalarına rağmen, ışık yaymayan kütleleri araştırmak için doğrudan bir yöntem sunarlar. Bu nedenle, astronomlar, evrenin yapılarının oluşumunu anlamak ve evrendeki en büyük gök cisimlerinin, yani süper kütleli karadeliklerin büyümesini, evrimini ve birleşmesini araştırmak için yerçekimi dalgalarını uzun süredir kullanmayı amaçlıyorlar. Bu tür araştırmalar aynı zamanda fizikçilerin uzay-zamanın temel fiziksel yasalarını anlamalarına yardımcı olacaktır.

FAST’ın yüksek hassasiyetinden yararlanan CPTA araştırma ekibi, 41 ay boyunca düzenli kadanslarla 57 milisaniyelik pulsarları izledi. Ekip, 4.6 sigma istatistiksel güven düzeyinde (milyonda iki yanlış alarm olasılığıyla) nanohertz yerçekimi dalgalarının tahminiyle uyumlu dört kutuplu korelasyon imzaları için önemli kanıtlar buldu.

Ekip, diğer uluslararası gruplarla aynı zamanda atılımını gerçekleştirmek için bağımsız olarak geliştirilmiş veri analizi yazılımı ve veri işleme algoritmaları kullandı. Bağımsız veri işleme ardışık düzenleri uyumlu sonuçlar üretti.

CPTA veri setinin zaman aralığı şu anda nispeten daha kısadır. Ancak FAST teleskobunun hassasiyetinin yüksek olması nedeniyle CPTA, diğer PTA’lara kıyasla benzer hassasiyete ulaşmıştır. Gelecekteki gözlemler yakında CPTA verilerinin kapsamını genişletecek ve mevcut sinyalin astronomik kaynaklarının belirlenmesine yardımcı olacaktır.

Daha büyük kütleli nesneler daha düşük frekanslı yerçekimi dalgaları üretir. Örneğin, evrendeki en büyük gök cismi, galaksilerin merkezindeki (güneş kütlesinin 100 milyon ila 100 milyar katı olan) süper kütleli kara delik ikili dosyaları, esas olarak nanohertz bandında yerçekimi dalgaları üretir ve buna karşılık gelen sinyal zaman ölçekleri yıllardan on yıllara kadar. Bu frekans bandı aynı zamanda, erken evren süreçlerinden kütleçekimsel dalga katkılarının yanı sıra kozmik sicimler gibi egzotik nesneleri de içerir.

Kozmik gözlemde nanohertz yerçekimi dalgalarının kullanılması, süper kütleli karadelikler, galaksi birleşmelerinin tarihi ve evrendeki büyük ölçekli yapıların oluşumu gibi çağdaş astrofizikteki temel sorunları incelemek için çok 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 etkin 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.