Zum ersten Mal hörten Astronomen das Hintergrundsummen des Universums

Basierend auf dem, was wir über Gravitationswellen wissen, sollte das Universum voll davon sein. Jedes kollidierende Paar schwarzer Löcher oder Neutronensterne, jede kernkollabierende Supernova - sogar der Urknall selbst - hätte Wellen verursachen müssen, die durch die Raumzeit klingeln.

Im Laufe der Zeit haben sich diese Wellen abgeschwächt, und es wird schwierig sein, sie zu finden, aber sie werden alle als resonantes "Rumpeln" vorhergesagt, das unser Universum durchdringt und als Hintergrund der Gravitationswellen bezeichnet wird. Und vielleicht haben wir gerade den ersten Hinweis darauf bekommen.

Sie können sich den Hintergrund der Gravitationswellen als etwas vorstellen, das nach massiven Ereignissen in der Geschichte unseres Universums zurückbleibt - möglicherweise von unschätzbarem Wert für unser Verständnis des Weltraums, aber unglaublich schwer zu erkennen.

Es ist unglaublich interessant, ein so starkes Signal zu sehen “, sagte der Astrophysiker Joseph Simon von der University of Colorado in Boulder und ein Mitarbeiter von NANOGrav.

Da das gesuchte Gravitationswellensignal jedoch die gesamte Dauer unserer Beobachtungen abdeckt, müssen wir Rauschen sorgfältig ausschließen. Dies lässt uns an einem sehr interessanten Ort zurück, an dem wir einige bekannte Rauschquellen vollständig ausschließen können, aber wir können noch nicht sagen, ob das Signal tatsächlich von Gravitationswellen stammt. Dafür brauchen wir mehr Daten.

Trotzdem ist die wissenschaftliche Gemeinschaft begeistert. Seit der Veröffentlichung des Preprint des Teams auf arXiv im vergangenen September wurden in über 80 Artikeln diese Studie zitiert.

Internationale Teams haben hart daran gearbeitet, die Daten zu analysieren, um die Ergebnisse der Wissenschaftler zu widerlegen oder zu bestätigen. Wenn sich das Signal als real herausstellt, könnte es eine völlig neue Stufe in der Gravitationswellenastronomie eröffnen - oder uns völlig neue astrophysikalische Phänomene eröffnen.

Das Signal stammt von Beobachtungen eines toten Sterns, der als Pulsar bezeichnet wird. Dies sind Neutronensterne, die so ausgerichtet sind, dass sie Radiowellen von ihren Polen aussenden und sich mit Millisekundengeschwindigkeit drehen.

Diese Fackeln sind unglaublich zeitlich genau, was bedeutet, dass Pulsare wohl die nützlichsten Sterne im Universum sind. Änderungen ihrer Pulsationen können zur Navigation, zur Erforschung des interstellaren Mediums und zur Untersuchung der Schwerkraft verwendet werden. Und seit der Entdeckung der Gravitationswellen haben Astronomen nach ihnen gesucht.

Dies liegt daran, dass Gravitationswellen die Raumzeit beim Durchgang verzerren, was theoretisch das Timing der von Pulsaren emittierten Funkimpulse ziemlich stark verändern sollte.

Der Hintergrund der [Gravitationswelle] dehnt sich in der Raumzeit zwischen Pulsaren und der Erde aus und zieht sich zusammen, wodurch Pulsarsignale etwas später (Dehnung) oder früher (Kollaps) eintreffen, als dies ohne Gravitationswellen geschehen wäre - Astrophysiker Ryan Shannon von der Swinburne University of Technology.

Ein Pulsar mit einem unregelmäßigen Schlag bedeutet nicht unbedingt viel. Wenn jedoch eine ganze Gruppe von Pulsaren ein korreliertes Muster der Zeitvariation zeigte, könnte dies auf einen Hintergrund von Gravitationswellen hinweisen.

Dieser Satz von Pulsaren ist als Pulsar Temporal Array bekannt, und dies hat das NANOGrav-Team beobachtet - 45 der stabilsten Millisekunden-Pulsare in der Milchstraße.

Sie fanden kein Signal, um den Hintergrund der Gravitationswelle zu bestätigen.

Aber sie haben etwas gefunden - ein "normales Rauschsignal", das Shannon erklärte, variiert von Pulsar zu Pulsar, zeigt aber jedes Mal die gleichen Eigenschaften. Diese Abweichungen führten während des 13-jährigen Beobachtungszeitraums zu Schwankungen von mehreren hundert Nanosekunden, stellte Simon fest.

Es gibt andere Dinge, die dieses Signal auslösen können. Beispielsweise muss ein Pulsarsynchronisationsarray von einem Referenzrahmen aus analysiert werden, der nicht beschleunigt, was bedeutet, dass alle Daten zum Zentrum des Sonnensystems, dem sogenannten Schwerpunkt, und nicht zur Erde übertragen werden müssen.

Wenn das Schwerpunktzentrum ungenau berechnet ist - und dies ist schwieriger als es sich anhört, da es der Schwerpunkt aller sich bewegenden Objekte im Sonnensystem ist -, erhalten Sie möglicherweise ein falsches Signal. Im vergangenen Jahr gab das NANOGrav-Team bekannt, dass das Schwerpunktzentrum des Sonnensystems auf 100 Meter genau berechnet wurde.

Es besteht immer noch die Möglichkeit, dass diese Diskrepanz die Quelle des von ihnen erkannten Signals ist, und es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um es zu korrigieren.

Denn wenn das Signal wirklich von einer summenden resonanten Gravitationswelle stammt, wäre dies ein großes Problem, da supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) wahrscheinlich die Quelle dieser Hintergrundgravitationswellen sind.

Da Gravitationswellen Phänomene zeigen, die wir nicht elektromagnetisch erfassen können, wie z. B. Kollisionen mit Schwarzen Löchern, könnte dies dazu beitragen, Rätsel wie das neueste Parsec-Problem zu lösen, das darauf hindeutet, dass supermassereiche Schwarze Löcher nicht verschmelzen können, und uns helfen, die galaktische Evolution besser zu verstehen. und Wachstum.

In Zukunft können wir möglicherweise sogar Gravitationswellen erkennen, die unmittelbar nach dem Urknall entstanden sind und uns ein einzigartiges Fenster in das frühe Universum bieten.

Um klar zu sein, es gibt noch viel wissenschaftliche Arbeit, bevor wir an diesen Punkt gelangen.

Dies ist ein möglicher erster Schritt zur Detektion von Nanohertz-Gravitationswellen, sagte Shannon. Ich möchte die Öffentlichkeit und die Wissenschaftler davor warnen, die Ergebnisse zu überschätzen. Ich denke, dass es in den nächsten ein oder zwei Jahren Hinweise auf die Art des Signals geben wird.

Andere Teams arbeiten ebenfalls daran, Pulsarsynchronisationsarrays zur Erfassung von Gravitationswellen zu verwenden. OzGrav ist Teil des Parkes Pulsar Timing Arrays, das in Kürze eine Analyse seiner 14 Jahre alten Datensätze veröffentlichen wird.

Die Forschung der Gruppe wird in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.