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, istotność statystyczna obserwacji nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie stwierdzić obecność punktowego źródła fal grawitacyjnych. Naukowcy przedstawili swoje 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. Zjawiska te są wywoływane przez fale grawitacyjne, które naukowcy zarejestrowali dopiero w 2016 roku. Więcej na temat fal grawitacyjnych można przeczytać w naszym artykule „Na szczycie tensora metrycznego”.
Oprócz bezpośrednich obserwacji, pojawiające się w przestrzeni kosmicznej zaburzenia grawitacyjne można zaobserwować poprzez pomiary pośrednie. W szczególności można wykorzystywać pulsary milisekundowe - wirujące gwiazdy neutronowe, które emitują impulsy radiowe o stałym okresie od jednej do dziesięciu milisekund. Stabilność obrotów 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 przybycia sygnałów z pulsarów i oczekiwanym czasem przybycia sygnału obliczonym na podstawie modeli. Naukowcy wykorzystali już te korelacje do obserwacji tła fal grawitacyjnych, 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, bazujące na 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, każda o średnicy 13,5 metra, połączonych w jedną sieć.
Naukowcy wykorzystali czasy przybycia 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 zmapowali je w zakresie częstotliwości od 7 do 21 nanoherców. Naukowcy widzą na tej mapie gorący punkt o wartości p wynoszącej 0,015, ale ich zdaniem istotność statystyczna nie jest jeszcze wystarczająca, aby wiarygodnie stwierdzić obecność odrębnego źródła tła. Ponadto, jak zauważają naukowcy, wartość p może przeceniać wartość anizotropii ze względu na niedoszacowanie dyspersji kosmicznej.
Naukowcy kontynuują badanie tła fal grawitacyjnych poprzez obserwację pulsarów. O tym, w jaki inny sposób fale grawitacyjne mogą zostać wykorzystane do badania Wszechświata, możesz przeczytać w naszym materiale „Fala za falą”.