Astrofizycy z projektu MeerKAT potwierdzili istnienie tła fal grawitacyjnych we Wszechświecie. W tym celu naukowcy wykorzystali radioteleskop o tej samej nazwie, składający się z 64 anten. I choć fizycy widzą gorący punkt na mapie tła uzyskanej podczas przetwarzania danych, statystyczna istotność obserwacji nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie stwierdzić obecność punktowego źródła fal grawitacyjnych. Naukowcy przedstawili wyniki w serii artykułów [1, 2, 3] opublikowanych niedawno w serwisie preprintów arXiv.org.
Nasz Wszechświat nie jest najspokojniejszym miejscem, dochodzi w nim do eksplozji gwiazd, zlewania się supermasywnych czarnych dziur i zderzeń gwiazd neutronowych. Podobne zjawiska są wywoływane przez fale grawitacyjne, które naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali dopiero w 2016 roku. Więcej o falach grawitacyjnych można przeczytać w naszym materiale „Na grzbiecie tensora metrycznego”.
Oprócz bezpośrednich obserwacji, pojawiające się w przestrzeni kosmicznej zaburzenia grawitacyjne można zaobserwować dzięki wynikom pośrednich pomiarów. W szczególności możliwe jest wykorzystanie pulsarów milisekundowych — wirujących gwiazd neutronowych, które emitują impulsy radiowe o stałym okresie od jednej do dziesięciu milisekund. Stabilność obrotu pulsara milisekundowego pozwala naukowcom budować dokładne modele czasu, które uwzględniają zarówno jego wewnętrzną, jak i zewnętrzną fizykę. Najdokładniejsze modele są w stanie przewidzieć czas nadejścia impulsu z dokładnością do dziesiątek nanosekund. Zniekształcenia czasoprzestrzeni wywołane falami grawitacyjnymi powodują korelację między różnicą czasu dotarcia sygnałów z pulsarów i oczekiwanym czasem dotarcia sygnału obliczonym przez modele. Naukowcy wykorzystali już te korelacje w przypadku fal grawitacyjnych obserwowanych w tle, na przykład w eksperymencie NANOGrav, jednak zebranie odpowiednich statystyk zajęło około 15 lat, a pierwsze wiarygodne wyniki opublikowano dopiero w zeszłym roku.
Teraz współpraca MeerKAT przedstawiła potwierdzenie istnienia tła fal grawitacyjnych, bazując na wynikach danych zebranych w ciągu zaledwie czterech i pół roku. Astrofizycy wykorzystali radioteleskop o tej samej nazwie, znajdujący się w Republice Południowej Afryki — największy i najczulszy radioteleskop na półkuli południowej. Teleskop składa się z 64 oddzielnych anten radiowych o średnicy 13,5 metra każda, połączonych w jedną sieć.
Naukowcy wykorzystali czasy przybycia sygnałów z 83 pulsarów i zebrali statystyki 250 000 zdarzeń, ze średnim błędem wynoszącym zaledwie około trzech mikrosekund. W wyniku analizy danych astrofizycy potwierdzili istnienie tła fal grawitacyjnych i sporządzili jego mapę w zakresie częstotliwości od 7 do 21 nanoherców. Naukowcy widzą na tej mapie gorący punkt o wartości p wynoszącej 0,015, jednak ich zdaniem istotność statystyczna nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie stwierdzić obecność pojedynczego źródła tła. Ponadto, jak zauważają naukowcy, wartość p może przeceniać znaczenie anizotropii ze względu na pominięcie dyspersji kosmicznej.
Naukowcy kontynuują badanie tła fal grawitacyjnych poprzez obserwację pulsarów. O tym, w jaki jeszcze sposób można wykorzystać fale grawitacyjne do badania Wszechświata, możesz przeczytać w naszym materiale „Za falą”.