Крайне искривленное космическое время: Чтобы найти гигантские черные дыры, начинайте с Юпитера

Революция нашего понимания ночного неба и нашего места во Вселенной началась, когда в 1609 году мы перешли от использования невооруженного глаза к телескопу. Четыре века спустя ученые переживают подобный переход в своих знаниях о черных дырах путем поиска гравитационных волн.

В поисках ранее не обнаруженных черных дыр, которые в миллиарды раз массивнее Солнца, Стивен Тейлор, доцент физики и астрономии и бывший астроном Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА совместно с Североамериканской Наногерцовой обсерваторией гравитационных волн (NANOGrav) продвинули область исследований вперёд, найдя точное местоположение - центр тяжести нашей Солнечной системы - с помощью которого можно измерить гравитационные волны, сигнализирующие о существовании этих чёрных дыр.

Изучение гравитационных волн

Потенциал, заложенный этим достижением в соавторстве с Тейлором, был опубликован в журнале "Astrophysical Journal" в апреле 2020 года.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Черные дыры - это области чистой гравитации, образованные из чрезвычайно искривленного пространства-времени. Поиск наиболее мощных черных дыр во Вселенной, затаившихся в самом сердце галактик, поможет нам понять, как эти галактики (в том числе и наша собственная) росли и развивались на протяжении миллиардов лет с момента их образования. Эти черные дыры также являются непревзойденными лабораториями для проверки фундаментальных предположений о физике.

Гравитационные волны - это пульсации в пространстве-времени, прогнозируемые общей теорией относительности Эйнштейна. Когда черные дыры двигаются по орбите попарно, они излучают гравитационные волны, которые деформируют пространство-время, растягивая и сжимая пространство. Гравитационные волны были впервые обнаружены Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) в 2015 году, открыв новые горизонты для самых экстремальных объектов во Вселенной. В то время как LIGO наблюдает относительно короткие гравитационные волны, ищет изменения в форме 4-километрового детектора, NANOGRAV, Центр Физических Границ Национального Научного Фонда (NSF), ищет изменения в форме всей нашей галактики.

Тейлор и его команда ищут изменения скорости прихода регулярных всплесков радиоволн от пульсаров. Эти пульсары являются быстро вращающимися нейтронными звездами, некоторые из них вращаются так же быстро, как и кухонный блендер. Они также посылают лучи радиоволн, похожие на межзвездные маяки, когда эти лучи проносятся над Землей. Более 15 лет данных показали, что эти пульсары чрезвычайно надежны в скорости прихода импульсов, действуя как выдающиеся галактические часы. Любые отклонения во времени, которые коррелируют между многими из этих пульсаров могли бы сигнализировать о влиянии гравитационных волн, деформирующих нашу галактику.

"Используя пульсары, которые мы наблюдаем в галактике Млечный Путь, мы пытаемся быть похожими на паука, сидящего в тишине посреди своей паутины", - объясняет Тейлор. "Насколько хорошо мы понимаем барицентр Солнечной системы, очень важно, поскольку мы пытаемся почувствовать даже малейшее трепетание в паутине". Барицентр Солнечной системы, его центр тяжести, - это место, где уравновешиваются массы всех планет, лун и астероидов.

Где находится центр нашей паутины, расположение абсолютной неподвижности в нашей Солнечной системе? Не в центре Солнца, как многие могли бы предположить, а ближе к поверхности звезды. Это связано с массой Юпитера и нашим несовершенным знанием его орбиты. Нужно 12 лет, чтобы Юпитер совершил орбитальное путешествие вокруг Солнца, как раз те 15 лет, которые NANOGRAV собирал данные. Зонд Galileo компании JPL (названный в честь известного ученого, который использовал телескоп для наблюдения за лунами Юпитера) изучал Юпитер в период с 1995 по 2003 год, но испытывал технические неполадки, которые повлияли на качество измерений, сделанных во время полета.

Идентификация центра тяжести Солнечной системы долгое время рассчитывалась по данным допплеровского слежения для получения оценки расположения и траекторий тел, вращающихся вокруг Солнца. "Уловка заключается в том, что ошибки в массах и орбитах будут транслироваться в артефакты пульсара-стимуляции, которые вполне могут выглядеть как гравитационные волны", - объясняет астроном JPL и соавтор Джо Саймон.

Тейлор и его коллеги обнаружили, что работа с существующими моделями Солнечной системы для анализа данных NANOGrav дает противоречивые результаты. "Мы не обнаружили ничего существенного в наших поисках гравитационных волн между моделями Солнечной системы, но получили большие систематические различия в наших расчетах", - отмечает астроном JPL и ведущий автор статьи Микеле Валлиснери. "Обычно больше данных дает более точный результат, но в наших расчетах всегда было отклонение".

Группа решила искать центр тяжести Солнечной системы одновременно с поиском гравитационных волн. Исследователи получили более надежные ответы на вопросы о нахождении гравитационных волн и смогли более точно локализовать центр тяжести Солнечной системы с точностью до 100 метров. Чтобы понять этот масштаб, достаточно знать, что если бы Солнце было размером с футбольное поле, то 100 метров было бы диаметром пряди волос. "Наше точное наблюдение за рассеянными по галактике пульсарами позволило нам лучше, чем когда-либо, локализовать себя в космосе", - сказал Тейлор. " Исследуя таким образом гравитационные волны, в дополнение к другим экспериментам, мы получаем более целостный обзор всех различных видов черных дыр во Вселенной".

По мере того, как NANOGrav продолжает собирать все более обширные и точные данные о синхронизации пульсаров, астрономы уверены, что массивные черные дыры скоро появятся и однозначно обнаружатся в данных. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet