FAST помогает найти ключевые доказательства существования наногерцовых гравитационных волн благодаря своей высокой чувствительности.
Предоставлено: НАОК CAS

Другие международные коллаборации с синхронизирующими массивами пульсаров объявили о подобных результатах в тот же день (28 июня).

Ускорение массивных тел возмущает окружающее пространство-время и порождает «рябь», т. е. гравитационные волны. Хотя такие волновые сигналы чрезвычайно слабы, они предлагают прямой метод исследования масс, не излучающих свет. По этой причине астрономы давно стремились использовать гравитационные волны, чтобы помочь понять формирование структур Вселенной и исследовать рост, эволюцию и слияние самых массивных небесных объектов во Вселенной, то есть сверхмассивных черных дыр . Такие исследования также помогут физикам проникнуть в суть фундаментальных физических законов пространства-времени.

Недавно китайские ученые нашли ключевое свидетельство существования гравитационных волн наногерцового диапазона, отметив тем самым новую эру в исследованиях гравитации наногерцового диапазона.
Предоставлено: Лаборатория новых медиа CAS.

Воспользовавшись высокой чувствительностью FAST, исследовательская группа CPTA в течение 41 месяца наблюдала за 57-миллисекундными пульсарами с регулярным ритмом. Команда нашла ключевое свидетельство сигнатур квадрупольной корреляции, совместимых с предсказанием гравитационных волн наногерца на уровне статистической достоверности 4,6 сигма (с вероятностью ложной тревоги два на миллион).

Команда использовала независимо разработанное программное обеспечение для анализа данных и алгоритмы обработки данных, чтобы добиться прорыва одновременно с другими международными группами. Независимые конвейеры обработки данных дали совместимые результаты.

Промежуток времени набора данных CPTA в настоящее время относительно короче. Однако из-за высокой чувствительности телескопа FAST CPTA достиг такой же чувствительности, как и другие PTA. Будущие наблюдения скоро расширят диапазон данных CPTA и помогут идентифицировать астрономические источники текущего сигнала.

Недавно китайские ученые нашли ключевое свидетельство существования гравитационных волн наногерцового диапазона, отметив тем самым новую эру в исследованиях гравитации наногерцового диапазона.
Предоставлено: Лаборатория новых медиа CAS.

Объекты большей массы производят гравитационные волны меньшей частоты. Например, самые массивные небесные тела во Вселенной, двойные сверхмассивные черные дыры (с массой от 100 миллионов до 100 миллиардов раз больше солнечной) в центрах галактик, в основном генерируют гравитационные волны в наногерцовом диапазоне с соответствующими временными масштабами сигнала от лет до десятилетий. Эта полоса частот также включает вклад гравитационных волн от процессов ранней Вселенной, а также от экзотических объектов, таких как космические струны.

Таким образом, использование наногерцовых гравитационных волн в космических наблюдениях имеет огромное значение для изучения ключевых проблем современной астрофизики, таких как сверхмассивные черные дыры, история слияний галактик и формирование крупномасштабных структур во Вселенной.

Однако обнаружение наногерцовых гравитационных волн очень сложно из-за их чрезвычайно низкой частоты, где соответствующий период может достигать нескольких лет, а длина волны - до нескольких световых лет. До сих пор долгосрочное наблюдение за миллисекундными пульсарами с исключительной стабильностью вращения является единственным известным методом эффективного обнаружения гравитационных волн наногерцового диапазона.

Поиск этих волн является одним из основных направлений современной физики и астрономии. С целью обнаружения наногерцовых гравитационных волн собирают данные о времени пульсаров уже более 20 лет: региональные коллективы, в том числе Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн (НАНОГрав), Европейская система измерения времени пульсаров (EPTA) и Австралийская система измерения времени пульсаров Parkes (PPTA). Недавно к этой области также присоединились несколько новых региональных коллабораций, в том числе CPTA, Индийская система синхронизации пульсаров (InPTA) и Южно-Африканская система синхронизации пульсаров (SAPTA).

Чувствительность обнаружения хронометров пульсаров к наногерцовым гравитационным волнам сильно зависит от временного интервала наблюдения, то есть чувствительность быстро растет с увеличением временного интервала наблюдения. Текущий временной интервал наблюдений CPTA короче, что облегчает эффективное увеличение временного интервала, например, наблюдения в течение еще 41 месяца удвоят временной интервал.

В будущем это региональное сотрудничество будет способствовать международному сотрудничеству в области временных массивов пульсаров и расширению исследований Вселенной с помощью наблюдений гравитационных волн в наногерцах.