Nieuwe methoden voor het detecteren van ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven kunnen worden gecombineerd met andere, minder gevoelige metingen om nieuwe inzichten te geven in de vroege ontwikkeling van ons universum, volgens onderzoekers van de Universiteit van Birmingham.

Zwaartekrachtgolven - rimpelingen in het weefsel van Einsteins ruimtetijd - die het universum met de snelheid van het licht doorkruisen, hebben allerlei golflengten, of frequenties. Wetenschappers zijn er nog niet in geslaagd om zwaartekrachtsgolven te detecteren bij extreem lage 'nanohertz'-frequenties, maar nieuwe benaderingen die momenteel worden onderzocht, zullen naar verwachting de eerste laagfrequente signalen vrij snel bevestigen.

De belangrijkste methode maakt gebruik van radiotelescopen om zwaartekrachtsgolven te detecteren met behulp van pulsars - exotisch, dode sterren, die met buitengewone regelmaat pulsen van radiogolven uitzenden. Onderzoekers van de NANOGrav-samenwerking, bijvoorbeeld, gebruik pulsars om de rotatieperioden van een netwerk tot exquise precisie te timen, of reeks, van millisecondenpulsars - de beste benadering door astronomen van een netwerk van perfecte klokken - verspreid over onze melkweg. Deze kunnen worden gebruikt om de fractionele veranderingen te meten die worden veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven terwijl ze zich door het universum verspreiden.

De vraag wat deze signalen produceert, echter, moet nog worden bepaald. Wetenschappers van het Institute for Gravitational Wave Astronomy van de Universiteit van Birmingham, beweren dat het buitengewoon moeilijk zal zijn om een ​​antwoord te vinden met alleen gegevens van pulsar timing arrays (PTA's).

In plaats daarvan, in een brief die vandaag is gepubliceerd in Natuurastronomie, ze suggereren dat het combineren van deze nieuwe gegevens met waarnemingen van andere projecten, zoals de Gaia-missie van de European Space Agency, zal helpen om de verschillende signalen die nog uit de vroegste perioden van ons universum bestaan, te ontwarren en te interpreteren.

De belangrijkste theorie voor gravitatiegolven met ultralage frequentie is dat ze worden veroorzaakt door een populatie van superzware zwarte gaten in het centrum van samensmeltende sterrenstelsels. Terwijl sterrenstelsels samensmelten, hun centrale zwarte gaten vormen paren, dubbelsterren vormen en zwaartekrachtgolven genereren. In dit geval, een detectie van zwaartekrachtsgolven door PTA zou opwindende nieuwe manieren bieden om de astrofysica van de assemblage en groei van sterrenstelsels te bestuderen.

Maar er zijn ook andere mogelijkheden. Nanohertz-zwaartekrachtgolven kunnen het verhaal van ons babyuniversum vertellen, ruim voordat sterrenstelsels en zwarte gaten ontstaan. In feite, er is gesuggereerd dat gravitatiegolfsignalen met een extreem lage frequentie in plaats daarvan kort na de oerknal door andere processen zouden kunnen worden gegenereerd; bijvoorbeeld als het heelal onderging wat natuurkundigen een faseovergang noemen bij de juiste temperatuur.

Hoofdauteur, Dr. Christopher Moore, zei:"De eerste voorlopige hints van een zwaartekrachtgolfsignaal met behulp van pulsar-timingarrays zijn mogelijk recentelijk gezien door NANOGrav en we verwachten dat de komende jaren een gouden eeuw zullen zijn voor dit soort wetenschap. De verscheidenheid aan verklaringen voor deze signalen is opwindend , maar ook een doolhof. We hebben een manier nodig om de verschillende mogelijke bronnen van elkaar te onderscheiden. Momenteel, dit is buitengewoon moeilijk om te doen met alleen pulsar-timingarraygegevens."

Co-auteur professor Alberto Vecchio zei:"Pulsar-timing-arrays kunnen ongekende inzichten bieden in oude kosmologische processen. Door de geavanceerde methoden te ontwikkelen om deze inzichten te interpreteren, kunnen we echt beginnen te begrijpen hoe ons universum werd gevormd en vorm kreeg."