Astrofizycy z projektu MeerKAT potwierdzili istnienie tła fal grawitacyjnych we Wszechświecie. W tym celu naukowcy wykorzystali radioteleskop MeerKAT, składający się z 64 anten. Chociaż fizycy widzą punkt zapalny na mapie tła uzyskanej podczas przetwarzania danych, istotność statystyczna obserwacji nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie potwierdzić obecność punktowego źródła fal grawitacyjnych. Naukowcy przedstawili swoje wyniki w serii artykułów [1, 2, 3] opublikowanych niedawno na stronie internetowej preprintów arXiv.org.
Nasz Wszechświat nie jest najspokojniejszym miejscem: gwiazdy eksplodują, supermasywne czarne dziury łączą się, a gwiazdy neutronowe zderzają się. Zjawiska te wytwarzają fale grawitacyjne, które naukowcy po raz pierwszy wykryli dopiero w 2016 roku. Więcej o falach grawitacyjnych można przeczytać w naszym artykule „Na grzbiecie tensora metrycznego”.
Oprócz bezpośredniej obserwacji, zmarszczki grawitacyjne w przestrzeni można obserwować poprzez pomiary pośrednie. W szczególności można wykorzystać pulsary milisekundowe – wirujące gwiazdy neutronowe, które emitują impulsy radiowe o stałym okresie od jednej do dziesięciu milisekund. Stabilność rotacyjna pulsara milisekundowego pozwala naukowcom konstruować precyzyjne modele czasowe, które uwzględniają zarówno jego fizykę wewnętrzną, jak i zewnętrzną, przy czym najdokładniejsze modele są w stanie przewidzieć czas nadejścia impulsu z dokładnością do dziesiątek nanosekund. Zniekształcenia czasoprzestrzeni spowodowane falami grawitacyjnymi powodują korelacje między opóźnieniem czasu nadejścia sygnału od pulsarów a oczekiwanym czasem nadejścia sygnału obliczonym przez modele. Naukowcy wykorzystali już te korelacje do obserwacji tła fal grawitacyjnych, na przykład w eksperymencie NANOGrav. Jednak zgromadzenie wystarczającej ilości danych zajęło około 15 lat, a pierwsze wiarygodne wyniki opublikowano dopiero w zeszłym roku.
Teraz, współpraca MeerKAT potwierdziła istnienie tła fal grawitacyjnych na podstawie danych zebranych w ciągu zaledwie czterech i pół roku. Astrofizycy wykorzystali radioteleskop MeerKAT, znajdujący się w Republice Południowej Afryki – największy i najczulszy radioteleskop na półkuli południowej. Teleskop składa się z 64 indywidualnych anten radiowych, każda o średnicy 13,5 metra, połączonych w jedną sieć.
Naukowcy wykorzystali czasy nadejścia sygnałów z 83 pulsarów i zebrali dane statystyczne dotyczące 250 000 zdarzeń ze średnim błędem wynoszącym zaledwie około trzech mikrosekund. Po przeanalizowaniu danych astrofizycy potwierdzili istnienie tła fal grawitacyjnych i nanieśli je na mapę w zakresie częstotliwości od 7 do 21 nanoherców. Naukowcy widzą na tej mapie gorący punkt o wartości p równej 0,015, ale uważają, że istotność statystyczna nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie potwierdzić obecność konkretnego źródła tła. Ponadto naukowcy zauważają, że wartość p może przeszacowywać anizotropię z powodu niedoszacowania dyspersji kosmicznej.
Naukowcy nadal badają tło fal grawitacyjnych, obserwując pulsary. O innych sposobach wykorzystania fal grawitacyjnych do eksploracji wszechświata możesz przeczytać w naszym artykule „Za falą”.
