Gravitacinė banga pirmą kartą buvo tiesiogiai aptiktas 2015 m. po šimtmečio trukusio Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos numatymo 1916 m. Tačiau nuolatinis žemas dažnis Gravitacinis-bangų fonas (GWB), kuris, kaip manoma, yra visame visata iki šiol nebuvo tiesiogiai aptiktas. Šiaurės Amerikos Nanoherco observatorijos mokslininkai Gravitacinės bangos (NANOGrav) neseniai pranešė aptikę žemo dažnio signalą, kuris galėtų būti „gravitacinės bangos fonas (GWB)“.
Bendroji reliatyvumo teorija, kurią Einšteinas paskelbė 1916 m., numato, kad tokie dideli kosminiai įvykiai kaip supernova arba Juodosios skylės turėtų gaminti gravitacinės bangos kurie plinta per Visata. Žemė turėtų būti pilna gravitacinės bangos iš visų pusių visą laiką, bet jie nepastebimi, nes pasiekę žemę tampa itin silpni. Tiesioginis gravitacinių bangų aptikimas užtruko maždaug šimtmetį, kai 2015 m. LIGO-Virgo komandai pavyko aptikti gravitacinės bangos pagamintas dėl dviejų susijungimo Juodosios skylės yra 1.3 milijardo šviesmečių atstumu nuo Žemės (1). Tai taip pat reiškė, kad aptikti bangavimas buvo informacijos apie kosminį įvykį, įvykusį maždaug prieš 1.3 milijardo metų, nešėjas.
Nuo pirmojo aptikimo 2015 m., nemažai gravitacijos bangavimas buvo įrašyti iki šiol. Dauguma jų atsirado dėl dviejų susijungimo Juodosios skylės, nedaugelis įvyko dėl dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo (2). Visi aptikti gravitacinės bangos iki šiol buvo epizodiniai, sukelti dėl dvejetainės poros Juodosios skylės arba neutroninės žvaigždės, besisukančios spirale ir susiliejančios arba susiduriančios viena su kita (3) ir buvo aukšto dažnio, trumpo bangos ilgio (milisekundžių diapazone).
Tačiau, kadangi yra galimybė turėti daug šaltinių gravitacinės bangos viduje visata taigi daug gravitacinės bangos kartu iš viso visata gali nuolat sklisti per žemę ir sudaryti foną arba triukšmą. Tai turėtų būti nuolatinė, atsitiktinė ir žemo dažnio maža banga. Manoma, kad kai kuri jo dalis netgi galėjo kilti iš Didžiojo sprogimo. Skambino Gravitacinis-wave Background (GWB), tai iki šiol nebuvo aptikta (3).
Tačiau galime būti ant proveržio slenksčio – Šiaurės Amerikos Nanoherco observatorijos mokslininkai Gravitacinės bangos (NANOGrav) pranešė aptikę žemo dažnio signalą, kuris gali būti „gravitacinės bangos fonas (GWB). (4,5,6).
Skirtingai nuo LIGO-Virgo komandos, kuri aptiko gravitacinė banga iš atskirų porų Juodosios skylės, NANOGrav komanda ieškojo nuolatinio, triukšmingo, „kombinuoto“ gravitacinė banga per labai ilgą laiką sukūrė nesuskaičiuojama daugybė Juodosios skylės viduje visata. Pagrindinis dėmesys buvo skiriamas „labai ilgam bangos ilgiui“ gravitacinė banga kitame „gravitacinių bangų spektro“ gale.
Skirtingai nuo šviesos ir kitų elektromagnetinių spindulių, gravitacinių bangų negalima stebėti tiesiogiai teleskopu.
NANOGrav komanda pasirinko milisekundę pulsarai (MSP), kurie sukasi labai greitai ir yra ilgalaikiai stabilūs. Iš šių pulsatorių sklinda pastovus šviesos modelis, kurį turėtų pakeisti gravitacinė banga. Idėja buvo stebėti ir stebėti itin stabilių milisekundžių pulsarų (MSP) ansamblį, kad būtų galima nustatyti koreliuojamus signalų atvykimo į Žemę laiko pokyčius, taip sukuriant „galaktikadydžio“ gravitacinių bangų detektorius mūsų pačių viduje galaktika. Komanda sukūrė pulsaro laiko masyvą, ištyrusi 47 tokius pulsarus. Tai buvo Arecibo observatorija ir Žaliojo banko teleskopas radijo matavimams naudojami teleskopai.
Iki šiol gautas duomenų rinkinys apima 47 JTP ir daugiau nei 12.5 metų stebėjimus. Remiantis tuo, neįmanoma įtikinamai įrodyti tiesioginio GWB aptikimo, nors aptikti žemo dažnio signalai tai labai rodo. Galbūt kitas žingsnis būtų įtraukti į masyvą daugiau pulsarų ir tirti juos ilgesnį laiką, kad būtų padidintas jautrumas.
Norėdami ištirti visata, mokslininkai buvo išskirtinai priklausomi nuo elektromagnetinės spinduliuotės, tokios kaip šviesa, rentgeno spinduliai, radijo 2015 m. gravitacijos aptikimas, visiškai nesusijęs su elektromagnetine spinduliuote, atvėrė naują galimybę mokslininkams tyrinėti dangaus kūnus ir suprasti visata ypač tie dangaus įvykiai, kurie nematomi elektromagnetiniams astronomams. Be to, skirtingai nei elektromagnetinė spinduliuotė, gravitacinės bangos nesąveikauja su medžiaga, todėl sklinda beveik netrukdomai, nešdamos informaciją apie jų kilmę ir šaltinį be jokių iškraipymų.(3)
Gravitacinės bangos fono (GWB) aptikimas dar labiau padidintų galimybę. Gali būti netgi įmanoma aptikti Didžiojo sprogimo sukeltas bangas, kurios gali padėti suprasti jų kilmę visata geresniu būdu.
***
Nuorodos:
- Castelvecchi D. ir Witze A.,2016 m. Pagaliau rastos Einšteino gravitacinės bangos. Gamtos naujienos 11 m. vasario 2016 d. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Kokie 50 gravitacinių bangų įvykių atskleidžia apie Visatą. Gamtos naujienos paskelbtos 30 m. spalio 2020 d. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Gravitacinių bangų šaltiniai ir rūšys. Galima internetu adresu https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Žiūrėta 12 m. sausio 2021 d.
- „NANOGrav“ bendradarbiavimas, 2021 m. „NANOGrav“ randa galimas „pirmąsias užuominas“ apie žemo dažnio gravitacinių bangų foną. Galima internetu adresu http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Žiūrėta 12 m. sausio 2021 d
- NANOGrav Collaboration 2021. Spaudos instruktažas – Gravitacinės bangos fono paieška per 12.5 metų NANOGrav duomenų. 11 m. sausio 2021 d. Prieiga internete adresu http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z. ir kt., 2020. NANOGrav 12.5 metų duomenų rinkinys: izotropinio stochastinės gravitacinės bangos fono paieška. The Astrophysical Journal Letters, 905 tomas, 2 numeris. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
