Gravitációs hullám 2015-ben észlelték először közvetlenül, miután egy évszázadnyi előrejelzést Einstein általános relativitáselmélete 1916-ban. gravitációs-wave Background (GWB), amelyről úgy gondolják, hogy az egész világegyetem eddig közvetlenül nem észlelték. Az észak-amerikai Nanohertz Obszervatórium kutatói a Gravitációs hullámok (NANOGrav) 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 termelnie kell gravitációs hullámok amelyek a Világegyetem. A Földnek tele kell lennie vele gravitációs hullámok minden irányból, de ezeket nem észlelik, 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 gravitációs hullámok kettő egyesülése miatt keletkezett fekete lyukak 1.3 milliárd fényévnyire található a Földtől (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 cég egyesülésének köszönhető fekete lyukak, kevés oka volt két neutroncsillag ütközésének (2). Minden észlelve gravitációs hullámok eddig epizodikusak voltak, bináris pár miatt fekete lyukak vagy spirálisan forgó és összeolvadó vagy egymással ütköző neutroncsillagok (3) és magas frekvenciájúak, rövid hullámhosszúak (ezredmásodperces tartományban).
Mivel azonban számos forrás lehetséges gravitációs hullámok a világegyetem ezért sok gravitációs hullámok együtt az egész világegyetem folyamatosan áthaladhat a földön, hátteret vagy zajt képezve. Ennek folyamatosnak, véletlenszerűnek és alacsony frekvenciájú kishullámúnak kell lennie. A becslések szerint egy része akár az ősrobbanásból is származhatott. Hívott gravitációs-wave Background (GWB), ezt eddig nem észlelték (3).
De lehet, hogy az áttörés küszöbén állunk – az észak-amerikai Nanohertz Obszervatórium kutatói Gravitációs hullámok (NANOGrav) alacsony frekvenciájú jel észleléséről számoltak be, amely lehet „gravitációs hullám háttér (GWB) (4,5,6).
Ellentétben a LIGO-virgo csapattal, akik észlelték gravitációs hullám az egyes párokból fekete lyukak, a NANOGrav csapata a tartós, zajszerű, „kombinált” elemeket kereste gravitációs hullám számtalan által nagyon hosszú időn keresztül létrejött fekete lyukak a világegyetem. A hangsúly a „nagyon hosszú hullámhosszon” volt gravitációs hullám 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 figyeljék meg és figyeljék meg a jelek Földre érkezésének időzítésében bekövetkező korrelált változásokat, így létrehozva egy "galaktika-méretű” gravitációs hullám detektor a sajátunkon belül Galaxy. A csapat 47 ilyen pulzár tanulmányozásával létrehozott egy pulzáridőzítő tömböt. Az Arecibo Obszervatórium és a Zöld Bank teleszkóp volt a rádió a mérésekhez használt távcsövek.
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.
Tanulmányozni a világegyetem, a tudósok kizárólag az elektromágneses sugárzásoktól függtek, mint a fény, a röntgen, rádió hullám stb. Mivel teljesen független az elektromágneses sugárzástól, a gravitáció észlelése 2015-ben új lehetőséget nyitott a tudósok számára az égitestek tanulmányozására és az égitestek megértésére. világegyetem különösen azok az égi események, amelyek az elektromágneses csillagászok számára láthatatlanok. 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, amelyek segíthetnek megérteni az eredetüket világegyetem jobb módon.
***
Referenciák:
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
***
