Ученые обнаружили признаки гравитационного фона Вселенной

Ученые из США и Канады сообщили о том, что им удалось обнаружить признаки постоянного гравитационного излучения, которое проходит через Вселенную и искажает ткань пространства-времени. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

В 2017 году ученые, проводившие эксперимент под названием "Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория" (LIGO), получили Нобелевскую премию по физике за первое в истории прямое обнаружение гравитационных волн, образовавшихся при слиянии двух черных дыр, находящихся примерно в 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Волны, возникшие при этом столкновении, нарушили гравитационно-волновой фон Вселенной и достигли Земли.

Помимо подобных разовых сильных возмущений, которые астрофизики уже научились фиксировать, существует так называемый фон гравитационных волн — постоянный поток гравитационного излучения, которое, согласно теории, постоянно омывает Землю.

Именно это фоновое излучение пытались обнаружить ученые из проекта "Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн" (NANOGrav). В течение 13 лет они изучали свет, исходящий от десятков пульсаров, разбросанных по всей нашей Галактике, используя ее как огромную космическую обсерваторию, чтобы найти намеки на уникальную гравитационную "рябь" во Вселенной.

"Мы обнаружили сильный сигнал в нашем наборе данных. Пока мы не можем сказать, что это фоновые гравитационные волны, но наша цель становится все ближе", — приводятся в пресс-релизе Колорадского университета в Боулдере слова ведущего автора новой статьи астрофизика Джозефа Саймона (Joseph Simon).

"Эти первые намеки на фон гравитационных волн предполагают, что сверхмассивные черные дыры действительно сливаются, и что мы покачиваемся в море гравитационных волн, возникающих в результате слияния сверхмассивных черных дыр в галактиках по всей Вселенной", — говорит еще один автор исследования Джули Комерфорд (Julie Comerford), доцент кафедры астрофизики и планетологии Колорадского университета.

NANOGrav объединен с еще двумя проектами из Европы и Австралии в единую исследовательскую сеть под названием International Pulsar Timing Array, которая ищет гравитационные волны на постоянной основе.

По словам авторов, никакие другие обсерватории не в состоянии обнаружить фоновые гравитационные волны, потому что ориентированы на поиск разовых событий продолжительностью несколько секунд.

"Мы же ищем волны, длящиеся годы или десятилетия, — отмечает Саймон. — Согласно теории, слияние галактик и другие космологические события вызывают постоянный всплеск огромных гравитационных волн. Требуются годы или даже дольше, чтобы одна такая волна прошла мимо Земли. По этой причине никакие другие существующие эксперименты не могут обнаружить их напрямую".

Для фиксации фонового гравитационного шума ученые NANOGrav наблюдали с помощью наземных телескопов за пульсарами — космическими источниками мигающих импульсов, всплесков радиоизлучения, периодичность которых остается неизменной. Пульсары можно сравнить с галактическими маяками, постоянно находящимися на одном и том же месте.

Проходящие гравитационные волны изменяют устойчивую картину света, исходящего от пульсаров, увеличивая или сжимая относительные расстояния, которые эти лучи проходят через пространство. Другими словами, ученые теоретически могут обнаружить фон гравитационных волн, отслеживая коррелированные изменения времени прибытия на Землю излучения пульсаров.

Задача ученых заключалась в том, чтобы наблюдать как можно дольше и как можно большее количество пульсаров. На сегодняшний день собраны данные за несколько лет по 45 пульсарам.

"Возможность обнаружить фон гравитационных волн — огромный, но только первый шаг, — подчеркивает Саймон. — Шаг второй — определить, что вызывает эти волны, и выяснить, что они могут рассказать нам о Вселенной".

Анализ наблюдений показал, что на свет, исходящий от пульсаров, влияет какой-то общий фоновый процесс. Исследователи пока не могут точно сказать, что именно вызывает смещение сигналов.