Астрономите "чуват" небесния хор за първи път

А строномите за първи път успяха да "чуят" небесното бучене на мощни гравитационни вълни, създадени от сблъсъци между черни дупки, които отекват във Вселената.

Наблюденията им разкриват, че вълните - включително някои от тях, които бавно се вълнуват, докато преминават през нашата галактика Млечен път - се появяват с различни честоти и се колебаят в продължение на десетилетия.

Откритието може да помогне на учените да разберат по-добре космически явления като свръхмасивни черни дупки и колко често се сливат галактиките.

Гравитационните вълни, първоначално предсказани от Алберт Айнщайн през 1916 г., представляват пулсации в пространство-времето, които бяха открити за първи път през 2015 г.

Астрономите откриха вълните, като проследиха пулсарите или плътните остатъци от ядра, принадлежащи на масивни звезди след експлозията им в свръхнова, през Млечния път. Пулсарите са като звездни фарове, които бързо се въртят и освобождават снопове радиовълни, които сякаш "пулсират", когато се наблюдават през земни телескопи. Пулсарите могат да се въртят стотици пъти всяка секунда, а стабилната точност на импулсите ги прави толкова надеждни, колкото и космическите часовници.

Илюстративни снимки, предоставени от НАСА, на заснетия от телескопа Хъбъл космос

7 снимки

Когато гравитационните вълни преминават между Земята и пулсар, времето на радиовълните на пулсара се нарушава. Айнщайн теоретизира, че гравитационните вълни разтягат и компресират пространството, докато се движат из Вселената, като влияят на начина, по който се разпространяват радиовълните. Това означава, че някои от импулсите достигат до Земята с частица от секундата по-рано или по-късно от очакваното.

Повече от 190 учени си поставят за цел да открият честотите на гравитационните вълни като част от сътрудничеството в рамките на Северноамериканската нано-херцова обсерватория за гравитационни вълни, известна още като NANOGrav.

Те проследяват радиовълните от повече от 60 пулсара в продължение на 15 години с помощта на три големи радиотелескопа: обсерваторията Аресибо в Пуерто Рико (която вече не функционира), телескопа Грийн Банк в Западна Вирджиния и Very Large Array в Ню Мексико.

Техните открития са включени в изследване, публикувано в сряда в The Astrophysical Journal Letters.

Новооткритите гравитационни вълни са най-мощните, измервани някога. Те вероятно са причинени от сблъсъци на свръхмасивни черни дупки и носят около милион пъти повече енергия от единичните събития, засечени през последните години, които са резултат от сливания на черни дупки или неутронни звезди.

"Това прилича на хор, в който всички тези двойки свръхмасивни черни дупки звучат на различни честоти", казва в изявление съавторът на изследването и учен от NANOGrav Киара Мингарели, доцент по физика в Йейлския университет. "Това е първото доказателство за фона на гравитационните вълни. Отворихме нов прозорец за наблюдение на Вселената."

Фонът на гравитационните вълни, един вид космически шум, за който отдавна се изказват теории, но никога не е засичан, се състои от свръхнискочестотни гравитационни вълни. Когато черните дупки се сблъскват във Вселената, всички тези вълни бръмчат и резонират заедно във фона.

Гравитационните вълни се движат със скоростта на светлината, но астрономите осъзнават, че едно-единствено издигане и спадане на една от вълните може да отнеме години или десетилетия поради ефекта на пулсациите в пространство-времето.

"Използваме детектор за гравитационни вълни с размерите на галактика, която е изградена от екзотични звезди (пулсари), което просто ме смайва", казва в изявление съавторът на изследването д-р Скот Рансъм, щатен астроном в Националната радиоастрономическа обсерватория.

"Предишните ни данни ни подсказваха, че чуваме нещо, но не знаехме какво. Сега знаем, че това е музика, идваща от гравитационната вселена. Като продължим да слушаме, вероятно ще успеем да доловим нотите на инструментите, които свирят в този космически оркестър", каза Рансъм.

A 15-year study has revealed the cosmic background noise of gravitational waves echoing across the universe for the first time.https://t.co/B4tmsUsFO6

— MSN (@MSN) June 29, 2023

"Комбинирането на тези резултати от гравитационните вълни с изследвания на структурата и еволюцията на галактиките ще доведе до революция в разбирането ни за историята на нашата Вселена."

Катаклизмични сблъсъци

Учените смятат, че свръхмасивните черни дупки са до голяма степен отговорни за създаването на фона на гравитационните вълни. Свръхмасивни черни дупки съществуват в центровете на повечето големи галактики. Но когато галактиките се сливат, в крайна сметка техните черни дупки започват да обикалят една около друга.

Тези масивни обекти, съдържащи милиарди пъти по-голяма маса от тази на нашето слънце, танцуват, докато не се сблъскат. Когато това се случи, вълните се разпространяват от галактиката домакин и накрая достигат до нашата галактика.

Смята се, че във Вселената съществуват стотици хиляди, а може би и милиони двойки свръхмасивни черни дупки.

"В един момент учените се опасяваха, че свръхмасивните черни дупки в двойни двойки ще обикалят една около друга вечно, като никога няма да се приближат достатъчно, за да генерират подобен сигнал", казва в изявление съавторът на изследването д-р Люк Кели, асистент-адюнкт професор по астрономия в Калифорнийския университет в Бъркли и председател на групата по астрофизика на NANOGrav.

Космическият телескоп "Джеймс Уеб" засне бара Орион - част от мъглявината Орион, която се разрушава от звездната радиация, излъчвана от клъстера Трапец.

"Но сега най-накрая имаме убедителни доказателства, че много от тези изключително масивни и близки двойни звезди наистина съществуват", казва Кели. "След като двете черни дупки се доближат достатъчно, за да бъдат видени от масивите за измерване на времето на пулсарите, нищо не може да ги спре да се слеят само за няколко милиона години."

Но изследователите признават, че не е изключено да има множество източници за гравитационния вълнови фон, точно както има алтернативни обяснения за това как е започнала Вселената. Екипът ще продължи да изучава фона на гравитационните вълни и ще се опита да изолира отделни източници, за да определи техния произход.

"Фонът на гравитационните вълни е около два пъти по-силен от това, което очаквах", каза Мингарели. "Той наистина е в горната граница на това, което нашите модели могат да създадат само от свръхмасивни черни дупки. Това, което следва, е всичко. Това е само началото."

Освен това учени, използващи телескопи в Европа, Индия, Китай и Австралия, съобщиха за подобни открития, също публикувани в сряда. Комбинирането на данните от NANOGrav с данни от международни сътрудници може да осигури по-широка картина на фона на гравитационните вълни, казват изследователите.

"Комбинираните ни данни ще бъдат много по-мощни", казва в изявление съавторът на изследването Стивън Тейлър, доцент по физика и астрономия в университета Вандербилт, който понастоящем председателства сътрудничеството в NANOGrav. "Развълнувани сме да открием какви тайни ще ни разкрият за нашата Вселена".

Следете ни навсякъде и по всяко време с мобилното приложение на Vesti.bg. Можете да го изтеглите от Google Play и AppStore.

За още любопитно съдържание от Vesti.bg последвайте страницата ни в Instagram.