Новая карта Вселенной использует гравитационные волны для поиска черных дыр

Международное исследование, проведенное под руководством астрономов из Технологического университета Суинберна, позволило создать самые подробные на сегодняшний день карты гравитационных волн во Вселенной.

В ходе исследования был создан крупнейший в истории детектор гравитационных волн галактического масштаба и найдены новые доказательства существования «фона» гравитационных волн — невидимых, но невероятно быстрых пульсаций в пространстве, которые могут помочь раскрыть некоторые основные тайны Вселенной.

Эти три исследования позволяют по-новому взглянуть на крупнейшие черные дыры Вселенной, на то, как они формировали Вселенную, и на космическую архитектуру, которую они оставили после себя.

Ведущий автор двух работ, научный сотрудник OzGrav и Swinburne, доктор Мэтт Майлз, говорит, что исследование открывает новые пути для понимания Вселенной, в которой мы живем.

Изучение фона позволяет нам проследить отголоски космических событий за миллиарды лет, — пояснил доктор Майлз.

Он показывает, как галактики и сама Вселенная эволюционировали с течением времени.

Беспрецедентный сигнал гравитационных волн

В ходе исследования были обнаружены новые доказательства существования сигналов гравитационных волн, исходящих от сливающихся сверхмассивных черных дыр, причем сигнал был зафиксирован сильнее, чем в аналогичных глобальных экспериментах, и всего за одну треть времени.

То, что мы видим, намекает на гораздо более динамичную и активную Вселенную, чем мы предполагали, — говорит доктор Майлз.

Мы знаем, что сверхмассивные черные дыры сливаются между собой, но теперь мы начинаем задаваться вопросом: где они находятся и сколько их там?

Подробные карты гравитационных волн с неожиданными горячими точками

Используя массив синхронизации пульсаров, исследователи построили высокодетальную карту гравитационных волн, усовершенствовав существующие методы. Эта карта выявила интригующую аномалию — неожиданную «горячую точку» в сигнале, которая указывает на возможное смещение направления.

Ведущий автор одного из исследований, научный сотрудник OzGrav и Университета Монаша Ровина Натан, говорит, что карта дает беспрецедентный взгляд на структуру нашей Вселенной.

Присутствие горячей точки может указывать на наличие отдельного источника гравитационных волн, например, пары черных дыр, масса которых в миллиарды раз превышает массу нашего Солнца, — говорит она.

Глядя на расположение и структуру гравитационных волн, мы можем увидеть, как наша Вселенная существует сегодня и содержит сигналы, полученные еще во время Большого взрыва». Нам предстоит еще много работы, чтобы определить значение обнаруженной нами горячей точки, но это захватывающий шаг вперед для нашей области».

Используя радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке, один из самых чувствительных и передовых инструментов в мире, исследователи построили MeerKAT Pulsar Timing Array, с помощью которого они наблюдали за пульсарами и определяли их время с наносекундной точностью.

Пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звезды — служат естественными часами, и их устойчивые импульсы позволяют ученым обнаруживать мельчайшие изменения, вызванные проходящими гравитационными волнами. Этот детектор галактического масштаба дал возможность составить карту гравитационных волн по всему небу, выявив закономерности и вариации, которые опровергают прежние предположения.

Натан говорит, что часто предполагается, что гравитационный волновой фон будет равномерно распределен по небу.

Однако детектор гравитационных волн галактического размера, образованный системой синхронизации пульсаров MeerKAT, позволил нам с беспрецедентной точностью отобразить структуру этого сигнала, что может дать представление о его источнике.

Эти измерения открывают новые захватывающие вопросы о формировании массивных черных дыр и ранней истории Вселенной. Продолжение наблюдений с помощью массива MeerKAT позволит уточнить карты гравитационных волн и, возможно, обнаружить новые, ранее скрытые космические явления.

Исследование также имеет широкое значение, предлагая данные, которые могут помочь ученым лучше понять происхождение и эволюцию сверхмассивных черных дыр, формирование структур галактик и, возможно, даже самые ранние события в истории Вселенной.

Катрин Грюнталь, научный сотрудник Института радиоастрономии имени Макса Планка и соавтор одного из исследований, говорит, что в будущем они намерены понять происхождение гравитационно-волнового сигнала, возникающего из этих наборов данных.

Ища вариации сигнала гравитационных волн по всему небу, мы пытаемся найти отпечатки астрофизических процессов, формирующих нашу Вселенную.

Ранее ученые предложили новый метод обнаружения гравитационных волн.

03.12.2024