Признаки космического супергула

Исследователи давно ищут особые гравитационные волны, исходящие от сверхмассивных черных дыр. И вот теперь они, возможно, обнаружили след этого космического фонового шума.

Признаки космического супергула

Моделирование экстремального пространства-времени. © The SXS

2

Похоже на то, что астрофизикам удалось выявить новую форму гравитационных волн, указывающих на особенно массивные черные дыры. Их длина должна быть намного больше, чем у ранее обнаруженных гравитационных волн — вместо нескольких секунд им потребовались бы годы, чтобы достичь Земли.

А это значит, что классические детекторы и сенсоры, как те, что установлены в обсерватории LIGO, обнаружить их не могут: L-образные лазерные интерферометры отслеживают только короткие и очень характерные пространственно-временные сотрясения. Они лишь ненадолго сжимают четырехкилометровый туннель установки на диаметр размера атомного ядра. Гравитационные волны в основном возникают из-за столкновения черных дыр с массой в несколько десятков солнечных. Такое столкновение ненадолго возбуждает пространство-время и отправляет в путь гравитационные волны с частотой в несколько сотен герц.

Гравитационные волны — это крошечные колебания в пространстве-времени, которые Альберт Эйнштейн предсказал еще в 1915 году в своей общей теории относительности и которые люди впервые выявили в 2015 году. «Землетрясения» пространства-времени происходят, когда где-то в космосе ускоряются огромные массы, например, когда сталкиваются две черные дыры. Высвобождаемые в результате этого процесса колебания распространяются со скоростью света во всех пространственных направлениях и могут почти беспрепятственно проникать во всю вселенную. На Земле гравитационные волны можно обнаруживать с помощью лазерных интерферометров: системы состоят из двух туннелей, каждый длиной от трех до четырех километров, расположенных в форме буквы «L», по которым лазерные лучи проходят вперед и назад. Если гравитационная волна ударяет по одному из этих рукавов, расстояние минимально сжимается, в результате чего свет проходит расстояние до конца туннеля на долю секунды быстрее.

Однако с космической точки зрения такие события — не что иное, как особый гул, выделяющийся на мгновение из монотонного гула вечности. Последний предположительно происходит из центров особо мощных галактик, в которых скрываются две сверхмассивные черные дыры. Каждая из них конденсирует внутри себя миллиарды солнечных масс. Вместе они бороздят пространство-время, словно лопатки гигантского ручного миксера.

Тем самым гиганты заставляют вибрировать саму структуру пространства-времени. Сотрясения здесь мало похожи на внезапное землетрясение, а больше — на неторопливые, нескончаемые сотрясения. На Земле это должно постоянно обнаруживаться как шум гравитационной волны в наногерцевом диапазоне — если, конечно, использовать правильные измерительные устройства.

И здесь в дело вступают радиотелескопы, наблюдающие далекие пульсары — выгоревшие, чрезвычайно компактные звезды, которые очень быстро вращаются и испускают с фиксированной скоростью радиоимпульсы в нашем направлении. Если следить за этими сигналами в течение многих лет, можно определить, смещается ли Земля в определенном направлении, например, из-за особенно большой гравитационной волны.

На поиск такого сигнала проект NANOGrav потратил 12,5 лет. Базой для этого послужили данные 45 пульсаров, которые команда собрала с помощью разрушившегося телескопа Аресибо и телескопа Гринбэнкс. Как сообщатся в издании в "Astrophysical Journal Letters", исследователи столкнулись с загадочным шумом, который мог исходить от фона гравитационных волн.

Однако до сих пор имеются сомнения относительно того, действительно ли это гул сверхмассивных черных дыр: форма сигнала не совсем такая, которую ученые могли бы ожидать в этом случае. Поэтому нельзя исключать и вероятность сигналов земных помех, на которые до сих пор не обращали внимания. А это значит, что необходимы дальнейшие испытания и измерения, прежде чем можно будет объявить об окончательном открытии нового варианта гравитационной волны.

 

Источник