Gravitačná vlna bola priamo detegovaná v roku 2015 po storočí predpovedí Einsteinovou Všeobecnou teóriou relativity v roku 1916. Ale súvislá nízka frekvencia gravitačné-wave Background (GWB), o ktorom sa predpokladá, že je prítomné v celom svete vesmír nebol doteraz priamo zistený. Vedci z North American Nanohertz Observatory pre Gravitačné vlny (NANOGrav) nedávno oznámili detekciu nízkofrekvenčného signálu, ktorý by mohol byť „Gravitation-Wave Background (GWB)“.
Všeobecná teória relativity, ktorú predložil Einstein v roku 1916, predpovedá, že veľké kozmické udalosti ako supernova alebo splynutie čierne diery by mal produkovať gravitačné vlny ktoré sa šíria cez Vesmír. Zem by mala byť zaplavená gravitačné vlny zo všetkých smerov po celú dobu, ale tieto sú nezistené, pretože v čase, keď dosiahnu Zem, extrémne zoslabnú. Trvalo asi storočie, kým sa podarilo priamo odhaliť gravitačné vlnenie, keď v roku 2015 tím LIGO-Virgo úspešne odhalil gravitačné vlny vyrobené v dôsledku zlúčenia dvoch čierne diery nachádza sa vo vzdialenosti 1.3 miliardy svetelných rokov od Zeme (1). To tiež znamenalo, že zistené vlnky boli nositeľmi informácií o kozmickej udalosti, ktorá sa odohrala asi pred 1.3 miliardami rokov.
Od prvej detekcie v roku 2015 sa ich počet gravitačné vlnenie boli doteraz zaznamenané. Väčšina z nich bola spôsobená zlúčením dvoch čierne diery, málo z nich bolo spôsobené zrážkou dvoch neutrónových hviezd (2). Všetky zistené gravitačné vlny doteraz boli epizodické, spôsobené binárnym párom čierne diery alebo neutrónové hviezdy špirálovito sa spájajú a navzájom sa zrážajú alebo sa zrážajú (3) a mali vysokú frekvenciu, krátku vlnovú dĺžku (v milisekundách).
Keďže však existuje možnosť veľkého množstva zdrojov gravitačné vlny v vesmír teda veľa gravitačné vlny spolu z celého sveta vesmír môže nepretržite prechádzať zemou a neustále vytvárať pozadie alebo hluk. Malo by to byť súvislé, náhodné a malo by to mať nízku frekvenciu. Odhaduje sa, že jeho časť mohla dokonca pochádzať z Veľkého tresku. Volaný gravitačné-wave Background (GWB), toto zatiaľ nebolo zistené (3).
Ale možno sme na pokraji prielomu – vedci zo Severoamerického nanohertzového observatória Gravitačné vlny (NANOGrav) oznámili detekciu nízkofrekvenčného signálu, ktorý by mohol byť 'Gravitation-wave Background (GWB) (4,5,6).
Na rozdiel od tímu LIGO-virgo, ktorý zistil gravitačná vlna z jednotlivých párov čierne diery, tím NANOGrav hľadal trvalé, hlučné, „kombinované“ gravitačná vlna vytvorené počas veľmi dlhého časového obdobia nespočetnými čierne diery v vesmír. Dôraz sa kládol na „veľmi dlhú vlnovú dĺžku“ gravitačná vlna na druhom konci „spektra gravitačných vĺn“.
Na rozdiel od svetla a iných elektromagnetických žiarení nie je možné gravitačné vlny pozorovať priamo ďalekohľadom.
Tím NANOGrav si vybral milisekundy pulzary (MSP), ktoré rotujú veľmi rýchlo s dlhodobou stabilitou. Z týchto pulzátorov vychádza stabilný vzor svetla, ktorý by mala gravitačná vlna zmeniť. Myšlienkou bolo pozorovať a monitorovať súbor ultrastabilných milisekundových pulzarov (MSP) pre korelované zmeny v načasovaní príchodu signálov na Zem, čím sa vytvorí „galaxie"veľkosť" detektor gravitačných vĺn v rámci nášho vlastného galaxie. Tím vytvoril pole časovania pulzarov štúdiom 47 takýchto pulzarov. Boli to observatórium Arecibo a teleskop Green Bank rádio teleskopy používané na meranie.
Doteraz získaný súbor údajov zahŕňa 47 MSP a viac ako 12.5 roka pozorovaní. Na základe toho nie je možné jednoznačne dokázať priamu detekciu GWB, hoci detekované nízkofrekvenčné signály tomu veľmi nasvedčujú. Možno by ďalším krokom bolo zahrnúť viac pulzarov do poľa a študovať ich dlhší čas, aby sa zvýšila citlivosť.
Na štúdium vesmírvedci boli výlučne závislí od elektromagnetického žiarenia, ako je svetlo, röntgen, rádio vlny atď. Detekcia gravitácie v roku 2015 úplne nesúvisí s elektromagnetickým žiarením a otvorila vedcom novú príležitosť študovať nebeské telesá a pochopiť vesmír najmä tie nebeské udalosti, ktoré sú pre elektromagnetických astronómov neviditeľné. Ďalej, na rozdiel od elektromagnetického žiarenia gravitačné vlny neinteragujú s hmotou, a preto sa pohybujú prakticky bez prekážok a nesú informácie o svojom pôvode a zdroji bez akéhokoľvek skreslenia.(3)
Detekcia pozadia gravitačných vĺn (GWB) by túto príležitosť ešte rozšírila. Môže byť dokonca možné odhaliť vlny generované Veľkým treskom, čo nám môže pomôcť pochopiť ich pôvod vesmír lepším spôsobom.
***
DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121
***
Referencie:
- Castelvecchi D. a Witze A., 2016. Einsteinove gravitačné vlny sa konečne našli. Nature News 11. februára 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Čo odhaľuje 50 udalostí gravitačných vĺn o vesmíre. Nature News Publikované 30. októbra 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Zdroje a typy gravitačných vĺn. Dostupné online na https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Prístupné dňa 12. januára 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav nachádza možné „prvé náznaky“ pozadia nízkofrekvenčných gravitačných vĺn. Dostupné online na http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Prístupné dňa 12. januára 2021
- NANOGrav Collaboration 2021. Tlačový brífing – Hľadanie pozadia gravitačných vĺn za 12.5 roka NANOGrav Data. 11. januára 2021. Dostupné online na http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Súbor údajov NANOGrav za 12.5 roka: Hľadanie pozadia izotropnej stochastickej gravitačnej vlny. The Astrophysical Journal Letters, zväzok 905, číslo 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
’){kind=link}