Wetenschappers hebben een ruimteobservatorium ter grootte van een sterrenstelsel gebruikt om mogelijke hints te vinden van een uniek signaal van zwaartekrachtsgolven. of de krachtige rimpelingen die door het universum stromen en het weefsel van ruimte en tijd zelf vervormen.

De nieuwe bevindingen, die onlangs verscheen in De astrofysische journaalbrieven , afkomstig zijn van een Amerikaans en Canadees project genaamd het North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

Al meer dan 13 jaar, NANOGrav-onderzoekers hebben zich verdiept in het licht dat stroomt van tientallen pulsars verspreid over de Melkweg om te proberen een "zwaartekrachtgolfachtergrond" te detecteren. Dat is wat wetenschappers de gestage stroom van zwaartekrachtstraling noemen die, volgens de theorie, spoelt constant over de aarde. Het team heeft dat doel nog niet bepaald, maar het komt dichterbij dan ooit tevoren, zei Jozef Simon, een astrofysicus aan de Universiteit van Colorado Boulder en hoofdauteur van het nieuwe artikel.

"We hebben een sterk signaal gevonden in onze dataset, " zei Simone, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Astrofysische en Planetaire Wetenschappen. "Maar we kunnen nog niet zeggen dat dit de achtergrond van de zwaartekrachtgolf is."

in 2017, wetenschappers met een experiment genaamd de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) wonnen de Nobelprijs voor de natuurkunde voor de allereerste directe detectie van zwaartekrachtsgolven. Die golven ontstonden toen twee zwarte gaten op ongeveer 130 miljoen lichtjaar van de aarde tegen elkaar botsten. het genereren van een kosmische schok die zich verspreidde naar ons eigen zonnestelsel.

Die gebeurtenis was het equivalent van een bekkencrash - een gewelddadige en kortstondige ontploffing. De zwaartekrachtsgolven waar Simon en zijn collega's naar op zoek zijn, in tegenstelling tot, lijken meer op het gestage geroezemoes van een gesprek op een drukke cocktailparty.

Het detecteren van achtergrondgeluid zou een belangrijke wetenschappelijke prestatie zijn, een nieuw venster openend naar de werking van het universum, hij voegde toe. Deze golven, bijvoorbeeld, zou wetenschappers nieuwe hulpmiddelen kunnen bieden om te bestuderen hoe de superzware zwarte gaten in de centra van veel sterrenstelsels in de loop van de tijd samensmelten.

"Deze verleidelijke eerste hints van een zwaartekrachtgolfachtergrond suggereren dat superzware zwarte gaten waarschijnlijk samensmelten en dat we dobberen in een zee van zwaartekrachtgolven die kabbelen van superzware zwarte gatenfusies in sterrenstelsels in het universum, " zei Julie Comerford, een universitair hoofddocent astrofysische en planetaire wetenschap bij CU Boulder en NANOGrav-teamlid.

Simon zal de resultaten van zijn team maandag presenteren op een virtuele persconferentie tijdens de 237e bijeenkomst van de American Astronomical Society.

Galactische vuurtorens

Door hun werk aan NANOGrav, Simon en Comerford maken deel uit van een hoge inzet, zij het in samenwerking, internationale race om de achtergrond van de zwaartekrachtgolf te vinden. Hun project voegt zich bij twee anderen uit Europa en Australië om een ​​netwerk te vormen genaamd de International Pulsar Timing Array.

Simon zei dat althans volgens de theorie, samensmeltende sterrenstelsels en andere kosmologische gebeurtenissen produceren een gestage stroom van zwaartekrachtgolven. Ze zijn gigantisch - een enkele golf, Simon zegt, kan jaren of zelfs langer duren om de aarde te passeren. Om die reden, geen andere bestaande experimenten kunnen ze direct detecteren.

"Andere observatoria zoeken naar zwaartekrachtsgolven in de orde van seconden, "Zei Simon. "We zoeken golven in de orde van jaren of decennia."

Hij en zijn collega's moesten creatief worden. Het NANOGrav-team gebruikt telescopen op de grond niet om zwaartekrachtsgolven te zoeken, maar om pulsars waar te nemen. Deze ingestorte sterren zijn de vuurtorens van de melkweg. Ze draaien met ongelooflijk hoge snelheden, stralingsstromen naar de aarde sturen in een knipperend patroon dat in de loop van de eeuwen grotendeels onveranderd blijft.

Simon legde uit dat zwaartekrachtsgolven het gestage lichtpatroon van pulsars veranderen, trekken of knijpen aan de relatieve afstanden die deze stralen door de ruimte afleggen. wetenschappers, met andere woorden, zou in staat kunnen zijn om de achtergrond van de zwaartekrachtgolf te herkennen door eenvoudigweg pulsars te controleren op gecorreleerde veranderingen in de timing van wanneer ze op aarde aankomen.

"Deze pulsars draaien rond net zo snel als je keukenmixer, " zei hij. "En we kijken naar afwijkingen in hun timing van slechts een paar honderd nanoseconden."

Iets daar

Om dat subtiele signaal te vinden, het NANOGrav-team streeft ernaar om zo lang mogelijk zoveel mogelijk pulsars te observeren. Daten, de groep heeft gedurende ten minste drie jaar 45 pulsars waargenomen en, in sommige gevallen, voor ruim een ​​decennium.

Het harde werken lijkt zijn vruchten af ​​te werpen. In hun laatste onderzoek, Simon en zijn collega's melden dat ze een duidelijk signaal in hun gegevens hebben gedetecteerd:een algemeen proces lijkt het licht van veel van de pulsars te beïnvloeden.

"We liepen één voor één door elk van de pulsars. Ik denk dat we allemaal verwachtten dat we er een paar zouden vinden die de sullige waren die onze gegevens weggooiden, ' zei Simon. 'Maar toen hebben we ze allemaal doorgenomen, en wij zeiden, 'O mijn God, er is hier echt iets.'"

De onderzoekers kunnen nog steeds niet met zekerheid zeggen wat dat signaal veroorzaakt. Ze zullen meer pulsars aan hun dataset moeten toevoegen en ze gedurende langere perioden moeten observeren om te bepalen of het daadwerkelijk de zwaartekrachtgolfachtergrond is die aan het werk is.

"In staat zijn om de achtergrond van de zwaartekrachtgolf te detecteren, zal een enorme stap zijn, maar dat is eigenlijk pas stap één, " zei hij. "Stap twee is aanwijzen wat die golven veroorzaakt en ontdekken wat ze ons kunnen vertellen over het universum."