Низкочастотные гравитационные волны открыли с помощью пульсарного тайминга
Доказательство существования во Вселенной стохастического фона низкочастотных гравитационных волн получили астрономы международного научного консорциума, 30 июня рассказ об этом открытии директора Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) чл.-корр. РАН Константина Постнова опубликовала пресс-служба университета.
«29 июня 2023 года вошел в историю современной фундаментальной науки как день обнаружения стохастического фона низкочастотных гравитационных волн — чрезвычайно слабого „шума“ пространства-времени, приходящего на Землю изотропно со всех направлений», — заявил Константин Постнов.
В 2015 году наземными гравитационно-волновыми интерферометрами LIGO были впервые уловлены гравитационные волны от сливающихся двойных черных дыр или нейтронных звезд. Однако сейчас ученые сумели выделить стохастический сигнал, совокупно создаваемый не одним, а большим количеством независимых источников или, возможно, случайными флуктуациями пространства-времени в ранней Вселенной.
Такой сигнал в области наногерцовых частот не требует для регистрации специальных дорогостоящих детекторов, следы этого слабого «шепота Вселенной» можно найти в сигнале от радиопульсаров — быстровращающихся нейтронных звезд, их с 1967 года постоянно наблюдают радиоастрономы.
Идею регистрации гравитационных волн с помощью радиопульсаров (метод «пульсарного тайминга») впервые предложил в 1978 году в своей работе сотрудник ГАИШ МГУ Михаил Сажин. В 1979 году, независимо от него, такое же предложение высказал американский астрофизик Детвейлер.
Но уловить такой шум смогли только в результате регулярного, в течение несколько десятилетий, слежения за временами прихода очень стабильных импульсов от нескольких десятков миллисекундных радиопульсаров, которые за стабильность называют «космическими часами». В программе слежения участвовала целая сеть радиоантенн Европы, США, Австралии и Китая.
Следы такого шума были обнаружены в данных американской коллаборации NANOGrav, но для доказательства того, что причиной появления остаточного шума в «расписании» прихода импульсов от радиопульсаров являются низкочастотные гравитационные волны, потребовалась работа сотен астрономов и тщательный анализ огромных массивов данных.
Как пояснил директор ГАИШ МГУ, «для окончательного доказательства гравитационно-волновой природы шума требуются новые наблюдения, но уже сейчас ясно, что обнаруженный сигнал с 99,9-процентной вероятностью имеет астрофизическое происхождение. Наиболее вероятным источником такого гравитационно-волнового шума являются тесные двойные сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, которые сливаются за счет излучения гравитационных волн».
Однако, и это по мнению некоторых исследователей даже более правдоподобно, стохастический фон гравитационных волн в наногерцовом диапазоне частот может иметь космологическую природу. «Это может быть след нетривиальных физических процессов, происходящих в конце инфляционной стадии расширения Вселенной, предшествовавшей „Большому взрыву“», — добавил Константин Постнов.
Значительный вклад в открытие этого гравитационно-волнового фона Вселенной внесли бывшие выпускники ГАИШ МГУ Станислав Бабак, Наталия Порайко, директор ГАИШ МГУ Константин Постнов, а также активное участие принял студент 4 курса астрономического отделения физфака МГУ Тимур Хизриев.
