Ученые обнаружили признаки фонового гула Вселенной указывающего на гравитационные волны

С тех пор как в 2015 году ученые впервые обнаружили гравитационные волны от пары сталкивающихся черных дыр, растет число доказательств того, что Вселенная должна быть полна ими.

Каждое массивное событие - каждое слияние черных дыр или нейтронных звезд, каждая сверхновая - должно вызывать гравитационные волны, распространяющиеся в пространстве-времени.

Совокупный эффект всех этих волн должен был бы создать слабый фоновый гул, пронизывающий всю Вселенную. По прогнозам, этот гравитационный волновой фон должен быть слабым, и его очень трудно обнаружить. Тем не менее, год назад ученые из международной коллаборации NanoGRAV заявили, что, возможно, им удалось это сделать.

Теперь, по данным консорциума International Pulsar Timing Array (IPTA), появились новые предварительные доказательства того, что ученые, возможно, обнаружили гул. Если это подтвердится, то это будет действительно очень большое событие.

"Это очень волнующий сигнал!" - говорит астрофизик Сиюань Чен из Парижской обсерватории и CNRS во Франции.

"Хотя у нас еще нет окончательных доказательств, возможно, мы начинаем обнаруживать фон гравитационных волн".

Сигнал исходит из наблюдений за типом мертвой звезды, называемой пульсаром. Это нейтронные звезды, которые ориентированы таким образом, что из их полюсов исходят пучки радиоволн, поскольку они вращаются с миллисекундной скоростью, сравнимой со скоростью кухонного блендера.

Эти вспышки происходят невероятно точно по времени, что означает, что пульсары, возможно, являются самыми полезными звездами во Вселенной.

Изменения в их ритме могут быть использованы для навигации, исследования межзвездной среды и изучения гравитации. После открытия гравитационных волн астрономы стали использовать их и для их поиска.

Это связано с тем, что гравитационные волны искривляют пространство-время при прохождении через него, что теоретически должно изменить - совсем незначительно - время радиоимпульсов, испускаемых пульсарами, поскольку пространство-время между нами и ними растягивается и сжимается.

Одиночный пульсар не сможет нам много рассказать, но если такие изменения времени наблюдаются у нескольких пульсаров, это может свидетельствовать о наличии гравитационных волн. Это называется массивом синхронизации пульсаров.

Набор данных команды основан на наблюдениях 65 миллисекундных пульсаров, время которых демонстрирует характеристики, соответствующие тому, что мы ожидаем от гравитационно-волнового фона.

Это не является надежным доказательством, по крайней мере, пока. Но это еще один шаг к нему.

Что действительно необходимо увидеть ученым, так это особый сигнал в парах пульсаров, сила которого зависит от их пространственного расстояния на небе. Мы еще не видели этого, потому что сигнал слишком слаб, но сигнал, который мы видели, - это то, что мы ожидали увидеть в первую очередь.

"Первым намеком на гравитационно-волновой фон был бы сигнал, подобный тому, который наблюдался в International Pulsar Timing Array Data Release 2", - говорит астрофизик Бхал Чандра Джоши из Национального центра радиоастрофизики в Индии.

"Затем, с увеличением количества данных, сигнал станет более значительным и покажет пространственные корреляции, и тогда мы поймем, что это гравитационно-волновой фон. Мы с нетерпением ждем возможности впервые предоставить IPTA несколько лет новых данных, чтобы помочь добиться обнаружения гравитационно-волнового фона".

Необходимо также исключить другие причины сигнала.

"Мы также выясняем, чем еще может быть этот сигнал", - говорит астрофизик Борис Гончаров из научного института Гран-Сассо в Италии.

"Например, возможно, он может быть результатом шума, присутствующего в данных отдельных пульсаров, которые могли быть неправильно смоделированы в нашем анализе".

Это означает, что предстоит еще много научных исследований, прежде чем мы сможем окончательно утверждать, что гравитационно-волновой фон был обнаружен. Но, имея под рукой доказательства, вполне разумно начать немного волноваться.

Потому что, если мы обнаружили гравитационный волновой фон, то наиболее вероятным его источником являются столкновения между одними из самых массивных объектов во Вселенной - сверхмассивными черными дырами.

Это означает, что сигнал может помочь разрешить такие загадки, как проблема последнего парсека, согласно которой сверхмассивные черные дыры не могут слиться, и помочь нам лучше понять эволюцию и рост галактик.

"Обнаружение гравитационных волн от популяции массивных двойных черных дыр или от другого космического источника даст нам беспрецедентное понимание того, как формируются и растут галактики, или космологических процессов, происходящих в младенческой Вселенной", - говорит астрофизик Альберто Веккио из Бирмингемского университета в Великобритании.

"Для достижения этой цели необходимы крупные международные усилия масштаба IPTA, и ближайшие несколько лет могут принести нам золотой век для этих исследований Вселенной".

Исследование команды было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.