Astrofizycy ze współpracy MeerKAT potwierdzili istnienie tła fal grawitacyjnych we Wszechświecie. W tym celu naukowcy wykorzystali radioteleskop o tej samej nazwie, składający się z 64 anten. I chociaż fizycy widzą na mapie tła uzyskanej podczas przetwarzania danych gorący punkt, statystyczna istotność obserwacji nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie stwierdzić obecność punktowego źródła fal grawitacyjnych tła. Naukowcy przedstawili wyniki w serii artykułów [1, 2, 3] opublikowanych niedawno na stronie preprintów arXiv.org.
Nasz Wszechświat nie jest najspokojniejszym miejscem, eksplodują tu gwiazdy, łączą się supermasywne czarne dziury i zderzają się gwiazdy neutronowe. Podobne zjawiska powodują fale grawitacyjne, które naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali dopiero w 2016 roku. Więcej o falach grawitacyjnych przeczytasz w naszym materiale „Na grzbiecie tensora metrycznego”.
Oprócz bezpośredniej obserwacji powstające tętnienie grawitacyjne w przestrzeni kosmicznej można zaobserwować na podstawie wyników pomiarów pośrednich. W szczególności możliwe jest wykorzystanie pulsarów milisekundowych — wirujących gwiazd neutronowych, które emitują impulsy radiowe o stałym okresie od jednej do dziesięciu milisekund. Stabilność rotacji pulsara milisekundowego pozwala naukowcom budować dokładne modele czasowe, które uwzględniają zarówno jego fizykę wewnętrzną, jak i zewnętrzną, a najdokładniejsze modele są w stanie przewidzieć czas przybycia impulsu z dokładnością do kilkudziesięciu nanosekund. Zniekształcenia czasoprzestrzeni spowodowane falami grawitacyjnymi powodują korelacje pomiędzy różnicą w przybyciu sygnałów z pulsarów a oczekiwanym czasem nadejścia sygnału obliczonym przez modele. Naukowcy wykorzystali już te korelacje dla fal grawitacyjnych obserwowanych w tle, np. w eksperymencie NANOGrav, jednak zebranie wystarczających statystyk zajęło około 15 lat, a pierwsze wiarygodne wyniki opublikowano dopiero w zeszłym roku.
Teraz współpraca MeerKAT przedstawiła potwierdzenie istnienia tła fali grawitacyjnej na podstawie wyników danych zebranych w ciągu zaledwie czterech i pół roku. Astrofizycy wykorzystali tytułowy radioteleskop 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 jeden układ.
Naukowcy wykorzystali czasy nadejścia sygnałów z 83 pulsarów i zebrali statystyki dotyczące 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 przecenić wartość anizotropii z powodu zaniedbania dyspersji kosmicznej.
Naukowcy w dalszym ciągu badają tło fal grawitacyjnych, obserwując pulsary. O tym, jak nadal możliwe jest wykorzystanie fal grawitacyjnych do badania Wszechświata, przeczytacie w naszym materiale „Za falą”.