REKLÁM

Gravitációs hullám háttér (GWB): áttörés a közvetlen érzékelésben

A gravitációs hullámot először 2015-ben észlelték közvetlenül, miután egy évszázados előrejelzését Einstein általános relativitáselmélete 1916-ban. eddig közvetlenül nem észlelték. Az észak-amerikai Nanohertz Gravitációs Hullámok Obszervatóriumának (NANOGrav) kutatói a közelmúltban egy alacsony frekvenciájú jel észleléséről számoltak be, amely „gravitációs hullám háttér” (GWB) lehet.   

Az Einstein által 1916-ban kidolgozott általános relativitáselmélet azt jósolja, hogy a nagy kozmikus események, mint például a szupernóva vagy fekete lyukak gravitációs hullámokat kell létrehoznia, amelyek az Univerzumban terjednek. A Földet folyamatosan minden irányból elárasztják a gravitációs hullámok, de ezek nem észlelhetők, mert rendkívül gyengülnek, mire elérik a Földet. Körülbelül egy évszázadba telt a gravitációs hullámok közvetlen észlelése, amikor 2015-ben a LIGO-Virgo csapata sikeresen észlelte a Földtől 1.3 milliárd fényévnyi távolságra lévő két fekete lyuk egyesüléséből származó gravitációs hullámokat. (1). Ez egyben azt is jelentette, hogy az észlelt hullámok információhordozók voltak a körülbelül 1.3 milliárd évvel ezelőtti kozmikus eseményről.  

A 2015-ös első észlelés óta jó néhány a gravitáció hullámzik a mai napig rögzítették. Legtöbbjük két fekete lyuk egyesülésének, kevés két neutroncsillag ütközésének köszönhető. (2). Az eddig észlelt gravitációs hullámok mindegyike epizodikus volt, ami a fekete lyukak vagy a neutroncsillagok kettőspárjának spirálozása és összeolvadása vagy egymással ütközése miatt alakult ki. (3) és magas frekvenciájúak, rövid hullámhosszúak (ezredmásodperces tartományban).   

Mivel azonban az univerzumban nagyszámú gravitációs hullámforrás lehetséges, sok gravitációs hullám együttesen az univerzum minden részéből folyamatosan haladhat át a Földön, és képez egy hátteret vagy zajt. Ennek folyamatosnak, véletlenszerűnek és alacsony frekvenciájú kishullámúnak kell lennie. A becslések szerint egy része akár az ősrobbanásból is származhatott. Ezt Gravitational-wave Backgroundnak (GWB) hívják, ezt eddig nem észlelték (3).  

Ám lehet, hogy az áttörés küszöbén állunk – az észak-amerikai Nanohertz Gravitációs Hullámok Obszervatóriumának (NANOGrav) kutatói alacsony frekvenciájú jel észleléséről számoltak be, amely „gravitációs hullám háttér” (GWB) lehet. (4,5,6).  

Ellentétben a LIGO-virgo csapattal, akik egyes fekete lyukpárokból észlelték a gravitációs hullámot, a NANOGrav csapat olyan tartós, zajszerű, „kombinált” gravitációs hullámot keresett, amelyet nagyon hosszú időn keresztül számtalan feketelyuk hozott létre az univerzumban. A hangsúly a „nagyon hosszú hullámhosszú” gravitációs hullámon volt a „gravitációs hullámspektrum” másik végén.

A fénnyel és más elektromágneses sugárzásokkal ellentétben a gravitációs hullámokat nem lehet közvetlenül megfigyelni távcsővel.  

A NANOGrav csapata választott miliszekundum pulzárok (MSP), amelyek nagyon gyorsan forognak hosszú távú stabilitás mellett. Ezekből a pulzálókból állandó fénymintázat jön, amelyet a gravitációs hullámnak meg kell változtatnia. Az ötlet az volt, hogy ultrastabil ezredmásodperces pulzárok (MSP) együttesét figyeljük meg és figyeljük meg a jelek Földre érkezésének időzítésében bekövetkezett korrelált változásokat, így létrehozva egy „galaxis méretű” gravitációs hullám detektort saját galaxisunkban. A csapat 47 ilyen pulzár tanulmányozásával pulzáridőzítő tömböt hozott létre. A mérésekhez az Arecibo Observatory és a Green Bank Telescope rádióteleszkópot használtak.   

Az eddig beszerzett adatsor 47 tengeri területet és több mint 12.5 éves megfigyelést tartalmaz. Ennek alapján a GWB közvetlen detektálása nem bizonyítható határozottan, bár a detektált alacsony frekvenciájú jelek ezt erősen jelzik. Talán a következő lépés az lenne, hogy több pulzár kerüljön a tömbbe, és hosszabb ideig tanulmányozzuk őket az érzékenység fokozása érdekében.  

Az univerzum tanulmányozása során a tudósok kizárólag elektromágneses sugárzásokra, például fényre, röntgensugárzásra, rádióhullámokra támaszkodtak. Mivel teljesen függetlenek voltak az elektromágneses sugárzástól, a gravitáció észlelése 2015-ben új lehetőséget nyitott a tudósok számára az égitestek tanulmányozására és az égitestek megértésére. az univerzum, különösen azok az égi események, amelyek láthatatlanok az elektromágneses csillagászok számára. Továbbá, az elektromágneses sugárzástól eltérően, a gravitációs hullámok nem lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, így gyakorlatilag akadálytalanul haladnak, és minden torzulástól mentes információt hordoznak eredetükről és forrásukról.(3)

A gravitációs hullám háttér (GWB) észlelése tovább bővítené a lehetőséget. Még az ősrobbanásból származó hullámok észlelése is lehetségessé válhat, ami segíthet jobban megérteni az univerzum keletkezését.

***

Referenciák:  

  1. Castelvecchi D. és Witze A.,2016. Végre megtalálták Einstein gravitációs hullámait. Nature News, 11. február 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  
  1. Castelvecchi D., 2020. Milyen 50 gravitációs hullám eseményt árul el az Univerzumról? Nature News Megjelent: 30. október 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  
  1. LIGO 2021. A gravitációs hullámok forrásai és típusai. Elérhető online a címen https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Hozzáférés dátuma: 12. január 2021. 
  1. NANOGrav Collaboration, 2021. A NANOGrav lehetséges „első tippeket” talál az alacsony frekvenciájú gravitációs hullám hátterére. Elérhető online a címen http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Hozzáférés dátuma: 12. január 2021 
  1. NANOGrav Collaboration 2021. Sajtótájékoztató – Gravitációs-hullám-háttér keresése 12.5 év NANOGrav-adataiban. 11. január 2021. Online elérhető a következő címen: http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  
  1. Arzoumanian Z. et al 2020. A NANOGrav 12.5 éves adatkészlete: Izotróp sztochasztikus gravitációs hullám háttér keresése. The Astrophysical Journal Letters, 905. kötet, 2. szám. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Tudományos újságíró | A Scientific European folyóirat alapító szerkesztője

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

A légköri ásványi por éghajlati hatásai: Az EMIT küldetés mérföldkövet ért el  

A NASA EMIT-küldetése a Föld első megtekintésével...

Happy New Year

A Tudományos Európai Boldog Új Évet kíván Olvasóinknak...

Egyedülálló textilszövet önbeállító hőkibocsátással

Elkészült az első hőérzékeny textil, amely képes...
- Reklám -
94,852VentilátorokMint
47,750KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás