Vse okoli nas – tudi tvoje telo – se počasi krči in širi. To je nenavaden, prostorsko-časovni učinek gravitacijskih valov, ki prehajajo skozi našo galaksijo, je razvidno iz nove študije skupine raziskovalcev iz centra NANOGrav Physics Frontiers Center Nacionalne znanstvene fundacije ZDA.
Spremembe so posledica nizkofrekvenčnih gravitacijskih valov
Ugotovitve, objavljene v reviji The Astrophysical Journal Letters, so delo Severnoameriškega opazovalnega centra za gravitacijske valove NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves), v katerem sodelujejo raziskovalci iz več kot 50 ustanov v ZDA in tujini.
Ekipa je opravila analizo izgorelih zvezd, znanih kot milisekundni pulzarji, ki se zavrtijo stokrat na sekundo in oddajajo radijske impulze kot tiktakanje zelo natančnih kozmičnih ur. Ekipa je s primerjavo opazovanj več kot 60 pulzarjev v podatkih radijskih teleskopov, ki so trajali 15 let, odkrila razlike v hitrosti tiktakanja teh pulzarjev. Njihova analiza je dokaz, da so te spremembe posledica nizkofrekvenčnih gravitacijskih valov, ki izkrivljajo strukturo fizične resničnosti, znane kot prostor-čas.
Po ugotovitvah ekipe NANOGrav prostorsko popačenje zaradi gravitacijskih valov ustvarja vtis, da se hitrost tiktakanja radijskih signalov pulzarjev spreminja.
V resnici pa gre za raztezanje in stiskanje prostora med Zemljo in pulzarji, zaradi česar njihovi radijski impulzi prispejo na Zemljo milijardinke sekunde prej ali pozneje od pričakovanega. Rezultati so prvi dokaz gravitacijskega valovanja v ozadju – nekakšne juhe popačenj prostor-časa, ki prežema celotno vesolje in za katero znanstveniki že dolgo predvidevajo, da obstaja.
Ekipa ustvarila detektor za celotno galaksijo
»Ekipa NSF NANOGrav je v bistvu ustvarila detektor za celotno galaksijo, ki razkriva gravitacijske valove, ki prežemajo naše vesolje,« je dejal direktor NSF Sethuraman Panchanathan. »Sodelovanje, ki vključuje raziskovalne ustanove po vsej ZDA, dokazuje, da znanstvene inovacije svetovnega razreda lahko dosežejo, morajo doseči in dosegajo vse dele naše države.«
Gravitacijske valove je leta 1916 prvič napovedal Albert Einstein. Potrjeni so bili šele leta 2015, ko je observatorij LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zaznal valovanje prostor-časa, ki poteka skozi Zemljo. Čeprav je bil vir teh gravitacijskih valovanj trk dveh oddaljenih črnih lukenj, je bilo nastalo prostorsko popačenje, ki ga je zaznal LIGO, manjše od jedra atoma.
Za primerjavo: navidezni časovni premik pulzarja, ki ga je izmerila ekipa NANOGrav, znaša nekaj sto milijardink sekunde in predstavlja upogibanje prostor-časa med Zemljo in pulzarjem v dolžini nogometnega igrišča. Ta popačenja prostor-časa so povzročili tako veliki gravitacijski valovi, da je razdalja med dvema grebenoma 2-10 svetlobnih let ali približno 9-90 bilijonov kilometrov.
»To so daleč najmočnejši znani gravitacijski valovi,« je dejala astrofizičarka Maura McLaughlin z Univerze v Zahodni Virginiji, ki je sourednica centra NANOgrav Physics Frontiers Center. »Za zaznavanje tako velikih gravitacijskih valov sta potrebna podobno masiven detektor in potrpežljivost.«
Ekipa raziskovalcev je ustvarila Detektor 67 pulzarjev
Na podlagi 15 let astronomskih podatkov, ki so jih zabeležili radioteleskopi v observatorijih, ki jih podpira NSF – vključno z observatorijem Green Bank v Zahodni Virginiji, observatorijem Very Large Array v Socorru v Novi Mehiki in observatorijem Arecibo v Portoriku – je ekipa NANOGrav ustvarila detektor 67 pulzarjev, razporejenih po vsem nebu, in primerjala hitrost tikanja parov teh pulzarjev. S prefinjeno analizo podatkov so ugotovili prisotnost ozadja gravitacijskega valovanja, ki povzroča popačenje prostora, in tako pojasnili navidezne spremembe časa pulzarjev.
»To je prvi dokaz za gravitacijske valove pri tako nizkih frekvencah,« je dejal astrofizik z univerze Vanderbilt Stephen Taylor, vodja sodelovanja NANOGrav in eden od vodij raziskovalnega dela. »Verjeten vir teh valov so oddaljeni pari ultramasivnih črnih lukenj, ki krožijo blizu.«
»O fizikalni naravi vesolja moramo še veliko razumeti, zato Nacionalna znanstvena fundacija podpira drzna skupinska prizadevanja, kot je NANOGrav – da bi razširili naše znanje v korist družbe,« je dejal pomočnik direktorja NSF za matematične in fizikalne znanosti Sean L. Jones.
Rezultati ekipe omogočajo nova spoznanja o tem, kako se razvijajo galaksije ter kako rastejo in se združujejo supermasivne črne luknje. Razširjeno popačenje prostor-časa, ki so ga razkrili, pomeni, da so izjemno masivni pari črnih lukenj lahko podobno razširjeni po vesolju, saj jih je morda na stotisoče ali celo milijone. Ekipa NANOGrav pričakuje, da bo sčasoma lahko identificirala določene pare supermasivnih črnih lukenj s sledenjem gravitacijskim valovom, ki jih oddajajo. Morda bodo odkrili celo sledove gravitacijskih valov iz zelo zgodnjega vesolja.
»Medtem ko so nam naši zgodnji podatki govorili, da nekaj slišimo, zdaj vemo, da je to glasba gravitacijskega vesolja,« je dejal eden od vodij projekta NANOGrav in astrofizik z državne univerze v Oregonu Xavier Siemens. »Ko bomo še naprej poslušali, bodo posamezni instrumenti v tem kozmičnem orkestru prišli v ospredje.«
Novinar
