Gravitasiegolwe, rimpelings in die stof van tyd-ruimte wat meer as 'n eeu gelede deur Albert Einstein voorspel is, deurdring die heelal teen lae frekwensies, volgens 'n meerjarige National Science Foundation-projek gelei deur Oregon State University wetenskaplikes.
Pulsar tydsberekening skikking, gravitasiegolwe. Beeld met vergunning van NANOGrav
Die bevindinge verskyn in 'n versameling van vier referate geskryf deur navorsers van die NANOGrav Physics Frontier Centre onder leiding van Xavier Siemens, professor in fisika in die OSU College of Science.
Bewyse van die gravitasiegolwe, waarvan die ossillasies in jare en dekades gemeet word, is vandeesweek in The Astrophysical Journal Letters gepubliseer.
"In die voortdurende strewe om menslike kennis en begrip te bevorder, is dit 'n baie belangrike stap op die reis," het Siemens gesê.
NANOGrav, wat staan vir Noord-Amerikaanse Nanohertz-sterrewag vir gravitasiegolwe, is 'n internasionale samewerking van byna 200 astrofisika-navorsers wie se missie radiopulsartydsberekening gebruik om na lae-frekwensie gravitasiegolwe te soek.
Xavier Siemens, links, en Jeffrey Hazboun van die OSU College of Science.
Die opsporing van 'n "koor" van lae-frekwensie gravitasiegolwe, soos NANOGrav gedoen het, is 'n sleutel tot die ontsluiting van die raaisels van hoe strukture in die kosmos gevorm word, het OSU-astrofisikus Jeff Hazboun gesê.
"Ons het hierdie nuwe spektrumgebied vir gravitasiegolwe oopgestel," het Hazboun gesê. "Ons het lae-frekwensie golwe gesien, van 'n heeltemal ander deel van die spektrum, wat vir ons sê dat hulle 'n alomteenwoordige fisiese verskynsel is en dat ons dit oral kan soek."
Gravitasiegolwe is die eerste keer in 2015 waargeneem deur die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, of LIGO.
Die ontdekking van daardie golwe, met frekwensies van ongeveer 100 siklusse per sekonde, was 'n mylpaalgebeurtenis in fisika en sterrekunde. Dit het een van die belangrikste voorspellings van Einstein se relatiwiteitsteorie bevestig en het 'n Nobelprys in Fisika vir LIGO se stigters verdien.
Pulsars is die vinnig draaiende oorblyfsels van massiewe sterre wat as supernovas ontplof het. Hulle stuur pulse van radiogolwe met uiterste reëlmaat uit, en 'n groep van hulle staan bekend as 'n pulsar-tydreëlskikking, of PTA.
Siemens het gesê dat agt-en-sestig pulsars gebruik is om bewyse te versamel dat die Melkweg-sterrestelsel oorspoel is in 'n see van lae-frekwensie gravitasiegolwe.
Einstein se 1915-teorie van algemene relatiwiteit het voorspel hoe gravitasiegolwe pulsarseine behoort te beïnvloed: Deur die stof van tyd-ruimte te rek en te druk, behoort gravitasiegolwe die tydsberekening van elke puls op 'n voorspelbare manier te verander, wat sommige pulse vertraag terwyl ander versnel.
"Die groot aantal pulsars wat in die NANOGrav-analise gebruik word, het ons in staat gestel om te sien wat ons dink die eerste tekens is van die korrelasiepatroon wat deur algemene relatiwiteit voorspel is," het Siemens gesê. "Ons kan daardie pulsars gebruik as horlosies wat deur die lug versprei word, en ons kan sien hoe die tik van die horlosies verander van gravitasiegolwe wat deur ons sterrestelsel beweeg."
NANOGrav het in 2007 begin en agt jaar later begin as 'n Fisika-grenssentrum met 'n $14.5 miljoen-toekenning van die National Science Foundation toe Siemens by die Universiteit van Wisconsin-Milwaukee was.
Siemens het in 2019 by OSU aangesluit en twee jaar later het die NSF 'n bykomende $17 miljoen oor vyf jaar aan NANOGrav toegeken om na gravitasiegolfseine te soek met die Green Bank Telescope in Wes-Virginië, die Very Large Array in New Mexico en die Arecibo-sterrewag in Puerto Rico.
Siemens het gesê OSU ontvang jaarliks sowat $600,000 XNUMX aan NANOGrav-befondsing, met data-analise wat Oregon State se primêre rol is, benewens projekleierskap en administrasie.
Onder leiding van Maura McLaughlin, 'n sterrekundige aan die Wes-Virginië Universiteit, kombineer NANOGrav die pogings van navorsers by 18 universiteite, insluitend ongeveer 20 gegradueerde en voorgraadse studente by Oregon State.
"Soek vir gravitasiegolwe is soos om 'n legkaart saam te stel: Elkeen het hul eie stuk, maar hulle pas almal saam," sê Phia Morton van Bend, 'n senior hoofvak in toegepaste fisika en kerningenieurswese. “Dit is 'n algemene wanopvatting dat wetenskaplike deurbrake van 'n eensame genie kom. Inteendeel, grootskaalse wetenskapprojekte vereis enorme hoeveelhede samewerking en dat almal betrokke moet glo in die doelwitte van die groep.”
Morton en ander OSU-voorgraadse studente dra by deur na nuwe pulsars te soek om by NANOGrav se skikking te voeg; hoe meer pulsars tot sy beskikking is, hoe meer sensitief kan die gravitasiegolfopsporing wees, verduidelik sy.
"Pulsars is eintlik baie dowwe radiobronne, so ons benodig duisende ure per jaar op die wêreld se grootste teleskope om hierdie eksperiment uit te voer," het McLaughlin gesê. “Hierdie resultate word moontlik gemaak deur die Nasionale Wetenskapstigting se volgehoue verbintenis tot hierdie buitengewoon sensitiewe radiosterrewagte.”
Navorsers met LIGO, ook 'n NSF-befondsde internasionale samewerking, het in 2015 gravitasiegolwe opgespoor deur die botsing van twee swart gate met behulp van die tweeling LIGO interferometers in Livingston, Louisiana, en Hanford, Washington.
Die gravitasiegolwe wat deur LIGO waargeneem kan word, geskep deur daardie tipe "swartgat-binaries", het frekwensies van ongeveer 100 hertz, het Hazboun gesê.
"NANOgrav soek gravitasiegolwe met frekwensies 11 ordes van grootte onder dié wat LIGO bespeur," het hy gesê.
Siemens verduidelik dat die gebruik van 'n PTA om 'n koor gravitasiegolfseine van veelvuldige supermassiewe swartgatsamesmeltings op te spoor - beskryf as 'n stogastiese agtergrond van gravitasiegolwe - meer belofte inhou vir die verstaan van die heelal as om 'n enkele golf van 'n enkele swartgat binêr op te spoor. botsing.
“Elke sein is soos 'n noot, en ons is nie net agter een van hierdie note aan nie – ons wil die hele koor hoor,” het hy gesê. "Ons wil die kollektiewe koor hoor van al die super-massiewe swartgat-binaries wat in die heelal saamsmelt."
Super-massiewe swart gate is die grootste tipe swart gate, miljoene tot biljoene keer die massa van die son, en hulle woon in die middelpunte van sterrestelsels.
NANOGrav-navorsers sê toekomstige studies van die seine wat super-massiewe swart gate uitstuur, sal wetenskaplikes in staat stel om die gravitasiegolf-heelal deur 'n nuwe venster te sien, wat insig bied in titaniese swart gate wat in die middelpunte van verre sterrestelsels saamsmelt en moontlik in ander eksotiese bronne van lae -frekwensie gravitasiegolwe.
"Dit is net die begin van ons werk," het Siemens gesê.
Bron: Oregon State University
