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 chociaż 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 wyniki w serii artykułów [1, 2, 3] opublikowanych niedawno na stronie preprintów arXiv.org.
Nasz Wszechświat nie jest najspokojniejszym miejscem, gwiazdy eksplodują tutaj, supermasywne czarne dziury łączą się, a gwiazdy neutronowe zderzają się. Podobne zjawiska są powodowane przez fale grawitacyjne, które naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali dopiero w 2016 roku. Więcej o falach grawitacyjnych możesz przeczytać w naszym materiale „Na szczycie tensora metrycznego”.
Oprócz bezpośredniej obserwacji, pojawiające się w przestrzeni kosmicznej fale grawitacyjne można zaobserwować dzięki wynikom pośrednich pomiarów. W szczególności możliwe jest wykorzystanie milisekundowych pulsarów — obracających się gwiazd neutronowych, które emitują impulsy radiowe o stałym okresie od jednej do dziesięciu milisekund. Stabilność rotacji milisekundowego pulsara pozwala naukowcom budować dokładne modele czasowe, które uwzględniają zarówno jego wewnętrzną, jak i zewnętrzną fizykę, a najdokładniejsze modele są w stanie przewidzieć czas przybycia impulsu z dokładnością do dziesiątek nanosekund. Zniekształcenia w czasoprzestrzeni spowodowane falami grawitacyjnymi powodują korelacje między różnicą w przybyciu sygnałów z pulsarów a oczekiwanym czasem przybycia sygnału obliczonym przez modele. Naukowcy wykorzystali już te korelacje dla fal grawitacyjnych obserwowanych w tle, na przykład 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 fal grawitacyjnych w oparciu o wyniki 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 stworzyli 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 wartość anizotropii z powodu zaniedbania kosmicznej dyspersji.
Naukowcy nadal badają tło fal grawitacyjnych, obserwując pulsary. O tym, jak jeszcze można wykorzystać fale grawitacyjne do badania Wszechświata, możesz przeczytać w naszym materiale „Behind the Wave”.
