Сама ткань космоса постоянно взбалтывается и «сморщивается» вокруг нас, по мнению нескольких международных групп ученых, которые независимо друг от друга нашли убедительные доказательства существования пространственно-временных волн, давно предполагаемых.
Заявление о том, что телескопы по всей планете видели признаки «фона гравитационных волн», вызвало волнение в астрофизическом сообществе, которое уже несколько дней гудит в ожидании документов, опубликованных в среду.
Читать далее:
Открытие, кажется, утверждает поразительное значение общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которое до сих пор было слишком тонким, чтобы его обнаружить.
Понять теорию относительности Эйнштейна
- В переосмысленной Эйнштейном вселенной пространство не безмятежно пусто, а время не движется плавно;
- Вместо этого мощное гравитационное взаимодействие массивных объектов, включая сверхмассивные черные дыры, вызывает регулярную рябь в ткани пространства и времени;
- Образ, который возникает, — это Вселенная, похожая на «бурное море», встревоженное жестокими событиями, произошедшими за последние 13 миллиардов лет;
Фон гравитационных волн, как его описывают астрофизики, не накладывает никакого крутящего момента на повседневное человеческое существование. Где-то здесь есть открытие потери веса.
Бульканье гравитационных волн не может объяснить, почему в некоторые дни мы чувствуем себя плохо, но оно дает потенциальное представление о физической реальности, в которой мы все живем.
«Мы измеряем тип движения Земли в этом «море». Он подпрыгивает — и он не просто подпрыгивает вверх и вниз, он подпрыгивает во всех направлениях», — сказал Майкл Лам, астрофизик из Института SETI и член Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (НАНОГрав). Северная Америка. . Группа раскрыла выводы в пяти статьях, опубликованных в среду (28) в Письма из астрофизического журнала.
Команды из Европы, Индии, Австралии и Китая также наблюдали за этим явлением и планировали одновременно опубликовать свои исследования.
Одновременный выпуск статей от удаленных и конкурирующих команд, использующих аналогичную методологию, произошел только после некоторой научной дипломатии, которая гарантировала, что ни одна группа не попытается обогнать остальную часть астрофизического сообщества.
Последние 15 лет мы занимались поиском низкого гула гравитационных волн, резонирующих по всей Вселенной и омывающих нашу галактику, чтобы заметно исказить пространство-время. Мы очень рады сообщить, что наша тяжелая работа окупилась.
Стивен Тейлор, президент НАНОграв Университета Вандербильта, на пресс-конференции Кольцевая туманность, ядро сверхновой, пульсар, нейтронная звезда (Изображение: Allexxandar/Shutterstock)
Находки пульсаров
«Подвиг» построен на предыдущих открытиях вещей во Вселенной, невидимых невооруженным глазом, — пульсаров.
Пульсар — это тип нейтронной звезды, сверхплотный остаток мертвой звезды.
Он называется пульсаром, потому что вращается быстро, сотни оборотов в секунду, и испускает радиоволны в постоянном импульсе.
Пульсары были обнаружены только в 1960-х годах, вскоре после изобретения больших радиотелескопов.
НАНОГрав собрал данные 68 пульсаров с помощью телескопа Грин-Бэнк, расположенного в сельской местности Западной Вирджинии; 27 телескопов на очень большой решетке Карла Г. Янского в Нью-Мексико; и ныне несуществующая обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико.
Импульсы от этих причудливых объектов попадают в телескопы на Земле с такой предсказуемой частотой, что они служат космическими часами, почти такими же точными, как и самые современные атомные часы, говорит Кьяра Мингарелли, астрофизик из Йельского университета и член команды NANOGrav.
Теоретики считали, что низкочастотные гравитационные волны могут нарушить приход сигналов пульсара.
Эта низкочастотная рябь может иметь гребни с разницей в годы, поэтому поиск едва уловимой ряби в море пространства-времени требовал терпения. По словам Мингарелли, отклонение в данных о пульсарах настолько мало, что потребовалось 15 лет наблюдений, чтобы найти убедительные доказательства существования этих гравитационных волн.
Команда НАНОГрав уже опубликовала отчеты с предварительными предположениями о том, что фон существует, но заявила, что требуется больше времени, чтобы укрепить уверенность в том, что сигнал был реальным, а не просто шумом. «Даже задумка эксперимента была большим умственным скачком», — уточнил астрофизик.
Художественная визуализация черной дыры и ее аккреционного диска в межзвездном пространстве, притягивающего газ и пыль из ближайшей туманности (Изображение: Marc Ward/Shutterstock)
постоянная пульсация
Существование гравитационных волн не оспаривается. В 2016 году ученые объявили, что их амбициозный четырехдесятилетний эксперимент под названием LIGO (Лазерный интерферометр Гравитационно-волновая обсерваторияили Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, в вольном переводе), обнаружили волны от слияния двух черных дыр.
Но недавно объявленные волны — это не одноразовые чудеса, и теоретики обсуждают множество возможных объяснений того, почему «космическое море» колеблется таким образом. Предпочтительным объяснением являются сверхмассивные черные дыры.
Большинство галактик содержат сверхмассивные черные дыры в их центральной области или рядом с ней. Эти черные дыры, по сути, заслуживают ярлыка «сверхмассивные»: они часто имеют массу, эквивалентную миллионам или даже миллиардам солнц. Напротив, черные дыры «звездной массы» крошечные, с массами, подобными 10, 20 или 30 солнечным.
Галактики редко сталкиваются, но Вселенная огромна; Есть много миллиардов галактик, и у них было много времени, чтобы столкнуться друг с другом.
Теоретики говорят, что во время галактического столкновения сверхмассивные черные дыры в ядрах двух галактик сначала исполнят «гравитационный танец». По словам Лама, они могут вращаться вокруг друг друга миллионы лет. Эта пара известна как двойная сверхмассивная черная дыра.
Ученые считают, что этот «танец с вращением» разрушает ткань пространства-времени достаточно, чтобы генерировать очень низкочастотные гравитационные волны, которые распространяются по Вселенной со скоростью света.
Со временем энергия «утекает» из «события», и приближаются сверхмассивные черные дыры, период обращения которых сокращается всего до нескольких десятков лет. По словам Лэма, в этот момент длины волн начинают достигать частот, обнаруживаемых НАНОграв.
Поэтому на данном этапе наших измерений мы не можем однозначно сказать, какие источники создают фоновый сигнал гравитационных волн. Однако данные убедительно совпадают с теоретическими предсказаниями.
Люк Келли, астрофизик Калифорнийского университета в Беркли и член команды НАНОграв, на пресс-конференции
Поиск других источников сигнала
Келли добавил, что теоретики «развлекаются» с другими возможными источниками низкочастотного сигнала. Но «если это не исходит от двойных сверхмассивных черных дыр, нам нужно найти какое-то объяснение, где прячутся эти сверхмассивные черные дыры и почему мы не видим их гравитационные волны».
Изображение: НикоНомад/Shutterstock
новая астрономическая эра
Независимо от источника сигнала, объявление фона гравитационных волн представляет собой веху в зарождающейся области гравитационно-волновой астрономии.
Точно так же, как некоторые астрономы используют разные длины волн света для исследования космоса, теперь они могут искать разные типы гравитационных волн.
Низкочастотные волны, о которых было объявлено в среду, не будут обнаружены LIGO, и верно и обратное: NANOGrav и аналогичные усилия с использованием пульсаров не смогли обнаружить вид высокочастотных волн от невообразимо сильных слияний звездной массы, наблюдаемых с помощью LIGO. ЛИГО.
Лам сказал, что следующая цель состоит в том, чтобы соединить определенные гравитационные волны с бинарными потенциалами сверхмассивных черных дыр, обнаруженными с помощью более традиционных форм астрономии.
Другими словами, вместо того, чтобы просто сказать, что мы принимаем сигналы от множества волн, астрономы могли бы сказать, что эта конкретная волна пришла из определенного места.
Объявление перекликается с еще одной вехой в истории космологии. В 1965 году два физика из Bell Labs сообщили, что они обнаружили сигнал чего-то, что предполагалось ранее: космического микроволнового фонового излучения. Это послесвечение стало поразительным доказательством того, что Вселенная была создана в результате Большого взрыва.
Маура Маклафлин, содиректор Центра изучения физики НАНОГрав, сказала, что следующим шагом для международных команд будет объединение их независимых данных в «супер» набор данных, который должен показать еще более четкий сигнал гравитации фоновых волн — и, возможно, , вплоть до обнаружения первой двойной сверхмассивной черной дыры.
«Мы открываем совершенно новое окно во вселенную гравитационных волн», — сказала она.
Работа, по словам Маклафлина, должна предложить более глубокое понимание того, как формируются и развиваются галактики. Это может даже открыть экзотическую новую физику, которая изменит наше фундаментальное понимание космоса: «Это должно быть очень, очень захватывающим».
По информации The Washington Post
Вы смотрели новые видео на YouTube цифрового взгляда? Подписывайтесь на канал!