Гамма-излучение может стать более эффективным для поиска космических гравитационных волн, чем радиоволны

Коалесцирующие сверхмассивные черные дыры в центрах сливающихся галактик наполняют Вселенную низкочастотными гравитационными волнами. Астрономы искали эти волны с помощью больших радиотелескопов, чтобы обнаружить тонкое влияние этих пространственно-временных пульсаций на радиоволны, излучаемые пульсарами в нашей галактике.

Сейчас международная группа ученых показала, что высокоэнергетический свет, собранный космическим гамма-телескопом НАСА Fermi Gamma-ray, также может быть использован для поиска. Использование гамма-лучей вместо радиоволн позволяет получить более четкое представление о пульсарах и обеспечивает независимый и дополнительный способ обнаружения гравитационных волн.

Результаты исследований международной группы ученых, включая Адитью Партасарати и Михаэля Крамера из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, опубликованы в журнале Science на этой неделе.

В центре большинства галактик-скоплений сотен миллиардов звезд, подобных нашему Млечному Пути, - находится сверхмассивная черная дыра. Галактики притягиваются друг к другу своим огромным тяготением, и когда они сливаются, их черные дыры опускаются в новый центр. Когда черные дыры закручиваются внутрь и сливаются, они создают длинные гравитационные волны, которые простираются на сотни триллионов километров между гребнями волн. Вселенная полна таких сливающихся сверхмассивных черных дыр, и они наполняют ее морем низкочастотной пространственно-временной ряби.

Астрономы уже несколько десятилетий ищут эти волны, наблюдая за импульсами пульсаров - плотных остатков массивных звезд. Пульсары вращаются с чрезвычайной регулярностью, и астрономы точно знают, когда ожидать каждого импульса. Однако море гравитационных волн тонко изменяет время прихода импульсов на Землю, и точный мониторинг множества пульсаров по всему небу может выявить его присутствие. Ранее для поиска этих волн использовались исключительно большие радиотелескопы, которые собирают и анализируют радиоволны. Но теперь международная группа ученых ищет эти мельчайшие изменения в более чем десятилетних данных, собранных космическим гамма-телескопом НАСА "Ферми", и их анализ показывает, что обнаружение этих волн возможно всего за несколько лет дополнительных наблюдений.

Результаты исследования, проведенного под руководством Керра и Адитьи Партасарати, исследователя из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, Германия, были опубликованы в выпуске журнала Science от 07 апреля.

Свет принимает различные формы. Низкочастотные радиоволны могут проходить сквозь некоторые объекты, а высокочастотные гамма-лучи при столкновении с веществом превращаются в ливни энергичных частиц. Гравитационные волны также охватывают широкий спектр, и более массивные объекты, как правило, генерируют более длинные волны.

Невозможно построить достаточно большой детектор для обнаружения триллионно-километровых волн, порождаемых сливающимися сверхмассивными черными дырами, поэтому астрономы используют детекторы естественного происхождения, называемые массивами синхронизации пульсаров. Это коллекции миллисекундных пульсаров, которые светят как радиоволнами, так и гамма-лучами и совершают около сотни оборотов в секунду. Подобно маякам, эти лучи излучения регулярно пульсируют, проносясь над Землей, а когда они проходят через море гравитационных волн, на них отпечатывается слабый гул далеких массивных черных дыр.

Первоначально пульсары были обнаружены с помощью радиотелескопов, и эксперименты по синхронизации пульсаров с радиотелескопами проводятся уже почти два десятилетия. Эти большие тарелки обеспечивают наибольшую чувствительность к воздействию гравитационных волн, но межзвездные эффекты усложняют анализ радиоданных. Космос в основном пуст, но, преодолевая огромное расстояние между пульсаром и Землей, радиоволны все равно сталкиваются с множеством электронов. Подобно тому, как призма изгибает видимый свет, межзвездные электроны изгибают радиоволны и изменяют время их прихода. Энергичные гамма-лучи не подвержены такому влиянию, поэтому они являются дополнительным и независимым методом определения возраста пульсара.

Массив синхронизации гамма-пульсаров, который не предполагался до запуска Fermi, представляет собой новую мощную возможность в астрофизике гравитационных волн.

Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал

"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"