Астрономы впервые достоверно услышали наногерцовый гравитационно-волновой фон

Астрономы из коллаборации NANOGrav сообщили, что впервые обнаружили достоверные признаки существования низкочастотного шумового излучения гравитационных волн во Вселенной. Для этого они проанализировали данные наблюдений за 67 радиопульсарами Млечного Пути за 15 лет. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Согласно теории постоянный шумоподобный широкополосный сигнал низкочастотных (наногерцовых) гравитационных волн возникает во Вселенной из-за медленно сближающихся двойных сверхмассивных черных дыр (с массами 10⁸ —10¹⁰ масс Солнца), кроме того, свой вклад могут вносить другие источники гравитационных волн, например первичные черные дыры, космологические фазовые переходы или космические струны. Однако долгое время ученые не могли получить достаточно значимые доказательства существования фона.

Идея о том, что низкочастотный гравитационно-волновой фон можно обнаружить при помощи нейтронных звезд-пульсаров в Млечном Пути была предложена еще в конце 1970-х годах прошлого века. Она заключается в том, что определенная корреляция между крошечными изменениями времени прихода на Землю радиовсплесков от миллисекундных пульсаров, описываемая кривой Хеллингса — Даунса, укажет на прохождение гравитационных волн между звездами и наблюдателем. Метод пульсарного тайминга реализуется при помощи сетей наземных радиотелескопов и требует многолетних наблюдений.

Группа астрономов во главе с Габриэллой Агази (Gabriella Agazie) из Университета Висконсин-Милуоки сообщила об обнаружении постоянного стохастического сигнала, связанного с гравитационно-волновым низкочастотным фоном, в ходе анализа данных проекта NANOGrav, полученных за 15 лет наблюдений за 67 галактическими пульсарами.

Статистическая значимость открытия составляет 3,5–4 сигма, предполагаемая амплитуда деформации метрики (2,4×10^-15) и спектр фона гравитационных волн согласуются с предсказаниями для астрофизической природы сигнала от двойных сверхмассивных черных дыр, хотя нельзя исключать более экзотические космологические и астрофизические источники.

Ранее мы рассказывали о том, как LIGO и Virgo увидели гравитационные волны от слияния нейтронной звезды и черной дыры. О том, что такое гравитационные волны, как их регистрировать и почему это важно для ученых мы рассказывали в материалах «На гребне метрического тензора» и «Точилка для квантового карандаша».