Mreža pulsara naše galaksije kao detektor gravitacionih talasa.

Na slici su zvezde, crne rupe i magline na gravitacionim talasima u mreži prostor-vremena.

Kretanje crnih rupa i drugih masivnih objekata kroz svemir stvara gravitacione talase u tkivu univerzuma. Naučnici su 28. juna objavili prve dokaze o pozadini dugotalasnih gravitacionih talasa koji ispunjavau kosmos koje su tokom eona stvarale supermasivne crne rupe, do milijarde puta veće od mase našeg Sunca, koje su se kružeći jedna oko druge na kraju spojile.

Ovo otkriće dopunjuje otkrivanje gravitacionih talasa 2015. od strane LIGO, Gravitacione laserske interferometarske opservatorije. Ti signali, na mnogo kraćoj talasnoj dužini od novog otkrića su dolazili iz crnih rupa oko 30 puta veće od mase našeg Sunca.

Izveštava se o prvim dokazima da su Zemlja i univerzum oko nas preplavljeni pozadinskim gravitacionim talasima koji mreškaju prostor-vreme. Talasi osciluju veoma sporo tokom godina, pa čak i decenija, i prvenstveno potiču od parova supermasivnih crnih rupa koje se u parovima lagano vrte jedna oko druge pre nego što se spoje.

Nalazi, objavljeni u nizu radova u The Astrophisical Journal Letters su iz 15-godišnjih zapažanja Severnoameričke nanoherc opservatorije za gravitacione talase (NANOGrav). Korišteni su podaci radio-teleskopa opservatorija Arecibo u Puerto Rico, Green Bank u Zapadnoj Virdžiniji i Very Large Array u Nom Meksiku, iz praćenja 68 pulsara koji se kao mreža plutača klate na moru gravitacionih talasa. NANOGrav je osnovan u oktobru 2007. godine i narastao je na više od 190 članova i više od 70 institucija iz SAD i Kanade. Godine 2015. proglašen je za centrom za graničnu fiziku Nacionalne naučne fondacije.

„Uticaj gravitacionih talasa na pulsare je izuzetno slab i teško ga je otkriti, ali smo vremenom prikupili pouzdane podatke“, kaže Katerina Chatziioannou, članica NANOGrav tima i docentka fizike na Caltech-u.

„Imamo novi način da ispitamo šta se dešava dok monstruozne crne rupe u jezgru galaksija započinju sporu, ali neumoljivu spiralu smrti“, kaže Džozef Lacio, član NANOGrav tima, glavni naučnik u Laboratoriji za mlazni pogon (JPL) i gostujući saradnik u astronomiji na Caltech-u, koji upravlja JPL-om. „Mislimo da je ovaj proces standardan za mnoge galaksije i videli smo mnogo primera u različitim koracima, ali konačno počinjemo da naziremo jedan od ključnih završnih koraka.

O gravitacionim talasima je prvi govorio Albert Ajnštajn 1916. LIGO ih je detektovao 100 godina kasnije od para crnih rupa u sudaru. LIGO detektuje gravitacione talase mnogo veće frekvencije od onih koje zapaža NANOGrav (detektuje gravitacione talase niže frekvencije, u opsegu nanoherca). Gravitacioni talasi više frekvencije potiču iz manjih parova crnih rupa koje se brzo vrte jedna oko druge u poslednjim sekundama pre sudara, dok talase niže frekvencije stvaraju supermasivne crne rupe u centrima galaksija koje su do više milijardi puta veće od mase našeg sunca, grade se polako i spajaju posle više miliona godina.

NANOGrav je pokupio kolektivni „žamor“ gravitacionih talasa iz mnogih parova spojenih supermasivnih crnih rupa širom univerzuma. Ovo je više pozadinski žamor, za razliku od pojedinačnih povika koje LIGO čuje. „Kao da ste na koktelu i ne možete da izaberete nijedan pojedinačni glas. Mi samo čujemo pozadinsku buku“, kaže Patrik Mejers, član NANOGrav tima i naučni saradnik postdoktorskog studija na Caltech-u.

Pulsari, koji su nastali eksplozijama masivnih zvezda, emituju snopove svetlost koji se brzo okreću u veoma preciznim intervalima. "Oni su kao svetionici koji prolaze redovnom brzinom. Možete predvideti tajming do nivoa od desetina nanosekundi. U nekim slučajevima imaju isti nivo preciznosti kao atomski sat", kaže Mejers.

Kada gravitacioni talasi putuju kroz kosmos, oni se blago rastežu i stišću tkivo prostor-vremena. Ovo istezanje i stiskanje može prouzrokovati male promene razdaljina između Zemlje i datog pulsara, što rezultira kašnjenjem ili ranijim pojavljivanjem bljeskova svetlosti pulsara. Za detekciju pozadinskog šuma gravitacionih talasa, razvijen je softver za upoređivanje vremena parova pulsara u njihovoj mreži. Gravitacioni talasi će pomeriti ovo vreme u zavisnosti od blizine pulsara.

„Zamislite mnogo talasa na okeanu od parova supermasivnih crnih rupa razbacanih svuda“, kaže Lacio. „Sada, mi sedimo ovde na Zemlji, koja deluje kao plutača zajedno sa pulsarima, i pokušavamo da izmerimo kako se talasanje menja i uzrokuje da se druge bove pomeraju prema nama i dalje od nas.“

„Ovo je bio tako lep, malo verovatan eksperiment: sastavljanje detektora gravitacionih talasa veličine galaksije animiranog pulsom mrtvih zvezda širom naše galaksije i okupljanje multidisciplinarnog tima radio astronoma, stručnjaka za neutronske zvezde i crne rupe i gravitacione talase", kaže Vallisneri.

NSF je domaćin uživo prezentacije rezultata na: https://www.youtube.com/watch?v=rkdyVA0xiVIu u 10:00 Pacific/13:00. Istočno, 29. juna.

SVE JE FIZIKA Miša Bracić