Geconfronteerd met het tragische verlies van het Arecibo-observatorium in Puerto Rico en de vaak onbetaalbare kosten van satellietmissies, astronomen zijn op zoek naar slimme alternatieven om fundamentele vragen in de natuurkunde te blijven beantwoorden.

Tijdens een persconferentie tijdens de APS April Meeting 2021, ze zullen nieuwe tactieken op beide halfronden onthullen voor het verlichten van zwaartekrachtsgolven en donkere materie.

Het oudste licht in het universum schijnen op donkere materie

Op de Zuidpool, een krachtige set telescopen zou een nieuwe functie kunnen toevoegen:het bestuderen van de aard van donkere materie en de geschiedenis van sterren.

Alleen satellieten kunnen de volle lucht onderzoeken, terwijl telescopen op aarde jaren bezig zijn met het verzamelen van veel gegevens op kleine plekken. De BICEP/Keck-array is ontworpen als 's werelds meest gevoelige detector voor de polarisatie van middelgrote tot grote hemelelementen. Van Antartica, de array doorzoekt kleine gebieden van de nagloed van de oerknal op oer-gravitatiegolven.

Cyndia Yu, een afgestudeerde student aan de Stanford University, en het BICEP/Keck-team onderzoeken de mogelijkheid dat dezelfde telescopen de lengte van hun scans kunnen vergroten - en zo veel grotere gebieden kunnen vastleggen.

"We waarderen steeds meer de belofte om af te stappen van het detecteren van extreem zwakke signalen op een klein gebied, om te zoeken naar functies op een groter luchtveld, " zei Yu.

De onconventionele aanpak heeft veelbelovende vroege resultaten opgeleverd. Yu zal de eerste prestaties van proefscans delen en voorspellen hoe gevoelig de telescopen zullen zijn voor doelen, waaronder axion-achtige kandidaten voor donkere materie en WIMP-annihilaties.

"Satellietmissies zijn zeer zeldzaam en duur, dus elke kans die we krijgen om meer metingen te doen van programma's op de grond is erg spannend, " ze zei.

De nasleep van superzware zwarte gaten vangen

Op het noordelijk halfrond, detectoren ter grootte van een melkwegstelsel jagen op gravitatiegolven met een zeer lage frequentie van de grootste zwarte gaten in het heelal.

"In sommige opzichten, deze arrays zijn als de LIGO-detector, " zei Megan DeCésar, Senior onderzoekswetenschapper aan de George Mason University, verwijzend naar het observatorium dat voor het eerst zwaartekrachtsgolven detecteerde van andere soorten kleinere zwarte gaten.

"Terwijl LIGO lasers op aarde gebruikt, pulsar timing arrays gebruiken constante pulsen van radiogolven van kleine, gespannen, snel roterende sterren die pulsars worden genoemd en die zich duizenden lichtjaren van de aarde bevinden, " ze zei.

DeCesar en de Noord-Amerikaanse Nanohertz Observatory for Gravitational Waves-samenwerking analyseerden meer dan een dozijn jaar aan pulsargegevens.

Ze rapporteerden onlangs een signaal dat mogelijk de eerste hint is van een zwaartekrachtgolfachtergrond, en die sterker was dan verwacht op basis van eerdere gegevens. Als bevestigd wordt dat het een zwaartekrachtgolfsignaal is, het zou de ontdekking betekenen van zwaartekrachtsgolven geproduceerd door vele dubbel-zwart-gat systemen, die elk uiteindelijk zullen samensmelten om nog grotere afzonderlijke zwarte gaten te vormen.

Arecibo speelde een cruciale rol in NANOGrav-waarnemingen. De ineenstorting in december was een klap voor de samenwerking, maar dankzij de toegenomen waarnemingen bij de Groene Bank en andere faciliteiten, NANOGrav ligt nog steeds op schema om zwaartekrachtgolven te detecteren met nog enkele jaren aan gegevens. DeCesar zal bespreken hoe de huidige telescopen in West Virginia, New Mexico, en Brits-Columbia, en toekomstige gevoelige radioarrays, zal NANOGrav in staat stellen om zijn wetenschappelijke doelen op het gebied van zwaartekrachtgolven te bereiken.