Gravitatsioonilaine tuvastati esimest korda vahetult 2015. aastal pärast seda, kui Einsteini üldrelatiivsusteooria 1916. aastal ennustas seda sajand. Kuid pidev madal sagedus Gravitatsiooniline-laine taust (GWB), mis arvatakse olevat kogu ulatuses universum pole seni otseselt tuvastatud. Põhja-Ameerika Nanohertsi vaatluskeskuse teadlased Gravitatsioonilained (NANOGrav) on hiljuti teatanud madala sagedusega signaali tuvastamisest, mis võib olla "gravitatsioonilaine taust (GWB)".
Einsteini 1916. aastal välja pakutud üldine relatiivsusteooria ennustab, et sellised suured kosmilised sündmused nagu supernoova või nende ühinemine. mustad augud peaks tootma gravitatsioonilised lained mis levivad läbi Universum. Maa peaks olema täis gravitatsioonilised lained igast suunast kogu aeg, kuid neid ei avastata, kuna need muutuvad Maale jõudes äärmiselt nõrgaks. Gravitatsioonilaine otseseks tuvastamiseks kulus umbes sajand, kui 2015. aastal õnnestus LIGO-Virgo meeskonnal tuvastada gravitatsioonilised lained toodetud kahe ühinemise tõttu mustad augud asub Maast 1.3 miljardi valgusaasta kaugusel (1). See tähendas ka, et tuvastatud lainetus oli teabe kandja kosmilise sündmuse kohta, mis leidis aset umbes 1.3 miljardit aastat tagasi.
Alates esimesest avastamisest 2015. aastal on hea hulk gravitatsiooni lainetus on seni salvestatud. Enamik neist oli tingitud kahe ühinemisest mustad augud, vähesed olid tingitud kahe neutrontähe kokkupõrkest (2). Kõik tuvastatud gravitatsioonilised lained seni olid episoodilised, põhjustatud kahendpaarist mustad augud või neutrontähed, mis keerlevad spiraalselt ja ühinevad või põrkuvad üksteisega (3) ja olid kõrge sagedusega, lühikese lainepikkusega (millisekundites).
Kuna aga on olemas suur hulk allikaid gravitatsioonilised lained aasta universum seega paljud gravitatsioonilised lained koos kõikjalt universum võib pidevalt Maad läbida, moodustades tausta või müra. See peaks olema pidev, juhuslik ja madala sagedusega väikese lainega. Arvatakse, et osa sellest võis isegi pärineda Suurest Paugust. Helistas Gravitatsiooniline-wave Background (GWB), seda pole seni tuvastatud (3).
Kuid me võime olla läbimurde äärel – Põhja-Ameerika Nanohertsi vaatluskeskuse teadlased Gravitatsioonilained (NANOGrav) on teatanud madala sagedusega signaali tuvastamisest, mis võib olla gravitatsioonilaine taust (GWB) (4,5,6).
Erinevalt LIGO-virgo meeskonnast, kes tuvastas gravitatsioonilaine üksikutest paaridest mustad augud, NANOGravi meeskond on otsinud püsivaid, mürataolisi, "kombineeritud" gravitatsioonilaine lugematute poolt väga pika aja jooksul loodud mustad augud aasta universum. Keskenduti "väga pikale lainepikkusele" gravitatsioonilaine "gravitatsioonilaine spektri" teises otsas.
Erinevalt valgusest ja muudest elektromagnetilistest kiirgustest ei saa gravitatsioonilaineid otse teleskoobiga jälgida.
NANOGravi meeskond valis millisekund pulsarid (MSP), mis pöörlevad väga kiiresti ja on pikaajalise stabiilsusega. Nendest pulsaatoritest tuleb pidev valgusmuster, mida gravitatsioonilaine peaks muutma. Idee oli jälgida ja jälgida ultrastabiilsete millisekundite pulsarite (MSP) kogumit, et tuvastada signaalide Maale saabumise ajastuse korrelatsioonimuutusi, luues seega "galaktika-suurusega” gravitatsioonilainete detektor meie enda sees galaktika. Meeskond lõi pulsari ajastuse massiivi, uurides 47 sellist pulsari. Arecibo observatoorium ja Green Banki teleskoop olid need raadio mõõtmiseks kasutatavad teleskoobid.
Seni kogutud andmestik sisaldab 47 mereala ja üle 12.5 aasta vaatlusi. Selle põhjal ei ole võimalik lõplikult tõestada GWB otsest tuvastamist, kuigi tuvastatud madalsageduslikud signaalid viitavad sellele. Võib-olla oleks järgmine samm lisada massiivi rohkem pulsareid ja uurida neid pikema aja jooksul tundlikkuse suurendamiseks.
Et uurida universum, sõltusid teadlased eranditult elektromagnetkiirgusest, nagu valgus, röntgenikiirgus, raadio laine jne. Kuna gravitatsiooni tuvastamine ei ole elektromagnetkiirgusega seotud, avas 2015. aastal teadlastele uue võimaluse uurida taevakehasid ja mõista universum eriti need taevasündmused, mis on elektromagnetiliste astronoomide jaoks nähtamatud. Lisaks, erinevalt elektromagnetkiirgusest, ei interakteeru gravitatsioonilained ainega, seega liiguvad nad praktiliselt takistamatult, kandes teavet nende päritolu ja allika kohta ilma igasuguste moonutusteta.(3)
Gravitatsioonilaine tausta (GWB) tuvastamine laiendaks võimalust veelgi. Võib isegi olla võimalik tuvastada Suurest Paugust tekkinud laineid, mis võivad aidata meil mõista nende päritolu universum paremal viisil.
***
viited:
- Castelvecchi D. ja Witze A.,2016. Lõpuks leiti Einsteini gravitatsioonilained. Loodusuudised 11. veebruar 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Millised 50 gravitatsioonilainete sündmust näitavad universumi kohta. Loodusuudised avaldati 30. oktoobril 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Gravitatsioonilainete allikad ja tüübid. Internetis saadaval aadressil https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Sissepääs 12. jaanuaril 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav leiab võimalikud "esimesed vihjed" madala sagedusega gravitatsioonilainete taustale. Internetis saadaval aadressil http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Sissepääs 12. jaanuaril 2021
- NANOGrav Collaboration 2021. Pressibriifing – Gravitatsioonilainete tausta otsimine 12.5 aasta NANOGravi andmetest. 11. jaanuar 2021. Internetis saadaval aadressil http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z. et al 2020. Andmekogum NANOGrav 12.5 aastat: Isotroopse stohhastilise gravitatsioonilaine tausta otsimine. The Astrophysical Journal Letters, 905. köide, number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
