Гравитационна вълна беше пряко открит за първи път през 2015 г. след един век от предсказването му от Общата теория на относителността на Айнщайн през 1916 г. Но непрекъснатата ниска честота Гравитационно-вълнов фон (GWB), за който се смята, че присъства навсякъде вселена досега не е открит пряко. Изследователите от Северноамериканската нанохерцова обсерватория за Гравитационни вълни (NANOGrav) наскоро съобщиха за откриване на нискочестотен сигнал, който може да бъде „фон на гравитационни вълни (GWB)“.
Общата теория на относителността, предложена от Айнщайн през 1916 г., предвижда, че големи космически събития като свръхнова или сливане на черни дупки трябва да произвежда гравитационни вълни които се разпространяват през Вселена. Земята трябва да е залята с гравитационни вълни от всички посоки през цялото време, но те са незабелязани, защото стават изключително слаби, когато стигнат до земята. Отне около век, за да се направи директно откриване на гравитационни вълни, когато през 2015 г. екипът на LIGO-Virgo успя да засече гравитационни вълни произведени поради сливане на две черни дупки намиращ се на разстояние 1.3 милиарда светлинни години от Земята (1). Това също означаваше, че откритите вълни са били носител на информация за космическото събитие, което се е случило преди около 1.3 милиарда години.
От първото откриване през 2015 г., голям брой от гравитационни вълни са записани до момента. Повечето от тях бяха поради сливане на две черни дупки, малко са се дължали на сблъсък на две неутронни звезди (2). Всички открити гравитационни вълни досега бяха епизодични, причинени от двоична двойка черни дупки или спираловидни неутронни звезди и сливане или сблъсък една с друга (3) и бяха с висока честота, къса дължина на вълната (в диапазон от милисекунди).
Въпреки това, тъй като има възможност за голям брой източници на гравитационни вълни в вселена следователно много гравитационни вълни заедно от всички краища на вселена може непрекъснато да преминава през земята през цялото време, образувайки фон или шум. Това трябва да бъде непрекъснато, произволно и с ниска честота, малка вълна. Смята се, че част от него може дори да произхожда от Големия взрив. Наречен Гравитационно-вълнов фон (GWB), това не е открито досега (3).
Но може да сме на прага на пробив – изследователите от Северноамериканската нанохерцова обсерватория за Гравитационни вълни (NANOGrav) съобщават за откриване на нискочестотен сигнал, който може да бъде „фон на гравитационни вълни (GWB) (4,5,6).
За разлика от екипа на LIGO-virgo, който откри гравитационна вълна от отделни двойки от черни дупки, екипът на NANOGrav потърси устойчиви, подобни на шум, „комбинирани“ гравитационна вълна създадени за много дълъг период от време от безброй черни дупки в вселена. Фокусът беше върху „много дълга дължина на вълната“ гравитационна вълна в другия край на „спектъра на гравитационните вълни“.
За разлика от светлината и други електромагнитни лъчения, гравитационните вълни не могат да бъдат наблюдавани директно с телескоп.
Екипът на NANOGrav избра милисекунда пулсари (MSP), които се въртят много бързо с дългосрочна стабилност. Има постоянен модел на светлина, идващ от тези пулсатори, който трябва да бъде променен от гравитационната вълна. Идеята беше да се наблюдава и наблюдава ансамбъл от ултрастабилни милисекундни пулсари (MSP) за корелирани промени във времето на пристигането на сигналите на Земята, като по този начин се създаде "Галактика-размер” детектор на гравитационни вълни в нашия собствен галактика. Екипът създаде пулсарна синхронизираща матрица чрез изучаване на 47 от такива пулсари. Обсерваторията Аресибо и телескопът Грийн Банк бяха радио телескопи, използвани за измерванията.
Полученият до момента набор от данни включва 47 MSP и над 12.5 години наблюдения. Въз основа на това не е възможно да се докаже категорично директното откриване на GWB, въпреки че откритите нискочестотни сигнали до голяма степен показват това. Може би следващата стъпка би била да се включат повече пулсари в масива и да се изследват за по-дълъг период от време, за да се подобри чувствителността.
За изучаване на вселена, учените са зависими изключително от електромагнитни лъчения като светлина, рентгенови лъчи, радио вълна и т.н. Тъй като е напълно несвързано с електромагнитното излъчване, откриването на гравитацията през 2015 г. отвори нов прозорец на възможност за учените да изучават небесните тела и да разбират вселена особено онези небесни събития, които са невидими за електромагнитните астрономи. Освен това, за разлика от електромагнитното излъчване, гравитационните вълни не взаимодействат с материята, поради което пътуват практически безпрепятствено, носейки информация за техния произход и източник без никакви изкривявания.(3)
Откриването на фона на гравитационните вълни (GWB) би разширило допълнително възможността. Може дори да стане възможно да открием вълните, генерирани от Големия взрив, което може да ни помогне да разберем произхода на вселена по по-добър начин.
***
Литература:
- Кастелвеки Д. и Витце А., 2016 г. Гравитационните вълни на Айнщайн най-накрая откриха. Nature News 11 февруари 2016 г. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Кастелвеки Д., 2020. Какво разкриват 50 гравитационни вълнови събития за Вселената. Nature News, публикуван на 30 октомври 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Източници и видове гравитационни вълни. Предлага се онлайн на https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Посетен на 12 януари 2021 г.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav открива възможни „първи намеци“ за фон на нискочестотната гравитационна вълна. Предлага се онлайн на http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Посетен на 12 януари 2021 г
- NANOGrav Collaboration 2021. Брифинг за пресата – Търсене на фона на гравитационните вълни за 12.5 години данни от NANOGrav. 11 януари 2021 г. Предлага се онлайн на адрес http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Наборът от данни NANOGrav 12.5 yr: Търсене на изотропен стохастичен фон на гравитационната вълна. The Astrophysical Journal Letters, том 905, номер 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
