РЕКЛАМА

Фон на гравитационните вълни (GWB): Пробив в директното откриване

НАУКИФИЗИКАФон на гравитационните вълни (GWB): Пробив в директното откриване

Гравитационната вълна беше директно открита за първи път през 2015 г. след един век от нейното предсказание от Общата теория на относителността на Айнщайн през 1916 г. Но непрекъснатият нискочестотен фон на гравитационните вълни (GWB), за който се смята, че присъства във Вселената, има досега не е открито директно. Изследователите от Северноамериканската нанохерцова обсерватория за гравитационни вълни (NANOGrav) наскоро съобщиха за откриване на нискочестотен сигнал, който може да бъде „Фон на гравитационните 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 във Вселената. Земята трябва да бъде залята с гравитационни вълни от всички посоки през цялото време, но те не са открити, защото стават изключително слаби, докато достигнат земята. Отне около век, за да се направи директно откриване на гравитационни вълни, когато през 2015 г. екипът на LIGO-Virgo успя да открие гравитационни вълни, произведени поради сливането на две черни дупки, разположени на разстояние от 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 се дължат на сливане на две черни дупки, малко на сблъсък на две неутронни звезди (2). Всички открити досега гравитационни вълни са епизодични, причинени от двойка черни дупки или неутронни звезди, спираловидни и сливащи се или сблъскващи се една с друга (3) и бяха с висока честота, къса дължина на вълната (в диапазон от милисекунди).   

Въпреки това, тъй като съществува възможност за голям брой източници на гравитационни вълни във Вселената, следователно много гравитационни вълни заедно от цялата вселена може непрекъснато да преминават през земята през цялото време, образувайки фон или шум. Това трябва да бъде непрекъснато, произволно и с ниска честота на малка вълна. Смята се, че част от него може дори да произхожда от Големия взрив. Наречен фон на гравитационни вълни (GWB), това не е открито досега (3).  

Но може да сме на ръба на пробив – изследователите от Северноамериканската нанохерцова обсерватория за гравитационни вълни (NANOGrav) съобщиха за откриване на нискочестотен сигнал, който може да бъде „Фон на гравитационните вълни (GWB) (4,5,6).  

За разлика от екипа на LIGO-virgo, който откри гравитационна вълна от отделни двойки черни дупки, екипът на NANOGrav е търсил устойчива, подобна на шум, „комбинирана“ гравитационна вълна, създадена за много дълъг период от време от безброй черни дупки във Вселената. Фокусът беше върху гравитационната вълна с „много дълга 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 импулси, който трябва да бъде променен от гравитационната вълна. Идеята беше да се наблюдава и наблюдава съвкупност от ултра-стабилни милисекундни пулсари (MSP) за корелирани промени във времето на пристигане на сигналите на Земята, като по този начин се създаде детектор на гравитационни вълни с размер на галактика в нашата собствена галактика. Екипът създаде масив за синхронизиране на пулсари, като изучава 47 от такива пулсари. Обсерваторията Аресибо и телескопът на Green Bank бяха радиотелескопите, 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 да изучават Вселената, учените са били изключително зависими от електромагнитни лъчения като светлина, рентгенови лъчи, радиовълни и т.н. Тъй като е напълно несвързано с електромагнитното излъчване, откриването на гравитацията през 2015 г. отвори нов прозорец от възможност на учените да изучават небесните тела и да разбират Вселената, особено онези небесни събития, които са невидими за електромагнитните астрономи. Освен това, за разлика от електромагнитното излъчване, гравитационните вълни не взаимодействат с материята, следователно пътуват практически безпрепятствено, носейки информация за техния произход и източник без никакво изкривяване.(3)

Откриването на фона на гравитационните вълни (GWB) би разширило възможността допълнително. Може дори да стане възможно да открием вълните, генерирани от Големия взрив, което може да ни помогне да разберем произхода на Вселената по по-добър начин.

***

Литература:  

  1. 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  
  1. 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  
  1. 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. 
  1. 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 
  1. 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  
  1. 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  

***

Умеш Прасад
Умеш Прасадhttps://www.UmeshPrasad.org
Главен редактор, Scientific European

Абонирай се за нашия бюлетин

Да се ​​актуализира с всички най-нови новини, оферти и специални съобщения.

- Реклама -

Най-популярни статии

Изменение на климата: Намаляване на въглеродните емисии от самолетите

Въглеродните емисии от търговските самолети могат да бъдат намалени с около...

NeoCoV: Първият случай на вирус, свързан с MERS-CoV, използващ ACE2

NeoCoV, щам на коронавирус, свързан с MERS-CoV, открит в...
- Реклама -
99,770Феновекато
69,706последователиСледвай ни
6,319последователиСледвай ни
31АбонатиЗапиши се