Пулсарите ще разкрият откъде идва фоновото гравитационно бръмчене на Вселената

Ваня Милева Последна промяна на 29 август 2023 в 00:01 8263 0

Как масив от пулсари може да идентифицира двойни черни дупки.

Кредит Carl Knox/OzGrav

Как масив от пулсари може да идентифицира двойни черни дупки.

Настоящите обсерватории за гравитационни вълни имат две съществени ограничения. Първото е, че те могат да наблюдават само мощни гравитационни изблици като сливането на черни дупки и неутронни звезди. Второто е, че те могат да наблюдават тези сливания само за дължини на вълните от порядъка на стотици до хиляди километри.

Това означава, че можем да наблюдаваме само сливания на звездни маси. Разбира се, има много интересна гравитационна астрономия, която се случва при други дължини на вълните и нива на шум, което е мотивирало астрономите да прибегнат до хитрости. Една от тези умни идеи е да се използват пулсарите като телескоп.

Концепцията е известна като пулсарна синхронизирана матрица (PTA). Пулсарите са въртящи се неутронни звезди със силно магнитно поле, подравнено по такъв начин, че да изпраща изблик на радиоенергия към Земята с всяко завъртане. Астрономите ги виждат във вид на радиосветкавица. Някои пулсари, известни като милисекундни пулсари, се въртят толкова бързо, че излъчват стотици радиоимпулси в секунда. Тъй като въртенето на неутронната звезда е почти толкова регулярно, колкото часовников механизъм, пулсарите могат да се използват като един вид космически часовник.

Поради това, ако пулсар се движи по някакъв начин, като например в орбита около звезда, относителното движение на пулсара кара импулсите да се изместват леко. Изследователите могат да измерят тези промени с изключителна точност. Техните наблюдения са толкова прецизни, че пулсарите са използвани за измерване на орбиталния разпад на двойни системи като косвено доказателство за гравитационни вълни много преди да има възможност да се улавят от детектори директно.

Дори когато пулсарите не са част от двойна система, малките гравитационни притегляния ги карат да се изместват леко. Така че, когато гравитационна вълна премине през тях, импулсите им ще се изместят мъничко. Тези отмествания са по същество на нивото на произволна флуктуация на самите импулси, така че не може да се види ефекта на гравитационната вълна от един пулсар. Нужни са наблюдения на много пулсари, за да се забележат статистическите флуктуации. Следователно има нужда от набор от синхронизирани пулсари.

Множество пулсари могат да определят източника на гравитационни вълни. Кредит: Kato & Takahashi

По-рано тази година астрономите от NANOGrav с помощта на набор от 67 пулсара с данни от 15 години успяват да измерят фоновия гравитационен тътен на Вселената. Вероятните източници на този фон са свръхмасивните двойни черни дупки, но резултатите не са напълно убедителни. Един проблем с данните е, че макар екипът да може да измери гравитационните вълни, не може да определи откъде идват.

Има няколко текущи PTA проекта, което означава, че скоро учените ще разполагат с множество данни от наблюдения.

В ново проучване екип предлага как тези данни могат да се използват за определяне на източниците на фоновите гравитационни вълни. Тяхната идея се фокусира върху извършването на прецизни измервания на разстоянието на пулсарите в масива.

В момента, дори да се знае разстоянието до някои пулсари много точно, разстоянието на много пулсари е размито. Подробните наблюдения на пулсари от пулсарна синхронизирана матрица (PTA) чрез обсерватории като Very Long Baseline Array могат да дадат нужната прецизност. Познаването както на разстоянието, така и на времевата вариация на пулсара ще даде обхват за източника. С набор от пулсари диапазоните ще се припокриват, за да се триангулира източника.

Както показва новата статия, добро ниво на точност може да се получи с PTA дори само от десетина пулсари. Това първоначално проучване се фокусира само върху 2-измерен масив, но и с 3D масив също трябва да бъде сравнително точно. Определено достатъчно точно, за да докаже дали тези фонови вълни идват от свръхмасивни двойни черни дупки или нещо, което все още не разбираме напълно.

Справка: Kato, Ryo, and Keitaro Takahashi. “Precision of localization of single gravitational-wave source with pulsar timing array.” arXiv preprint arXiv:2308.10419 (2023).

Източник: Pulsars Detected the Background Gravitational Hum of the Universe. Now Can They Detect Single Mergers?, Brian Koberlein

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !