29.06.2023 Скопје
Официјално е потврдено – со помош на „уред“ од галактички размери, научниците го открија „најбараниот звук во универзумот“ – гравитациски татнеж во позадина што се шири низ вселената и ги тресе галаксиите, ѕвездите и сигналите што патуваат низ него.
Научните тимови од САД, Европа, Австралија и Индија ги објавија резултатите од нивното повеќегодишно истражување на оваа тема во неколку научни трудови. Во истражувањето учествувале околу 100 научници од 12 земји.
„Во изминатите 15 години, работиме на мисија да бараме нискофреквентен шум на гравитационите бранови што одекнуваат низ вселената и минуваат низ нашата галаксија, искривувајќи го простор-времето на мерлив начин“, рече на прес-конференција претседателот на американскиот тим NANOGrav, астрофизичарот Стивен Тејлор од Универзитетот Вандербилт.
„Многу сме среќни што можеме да објавиме дека нашата напорна работа се исплатеше и имаме возбудливи докази за овој позадински шум на гравитациски бранови“, додаде Тејлор.
Гравитационите бранови се нарушувања во гравитационото поле кои наизменично го компресираат и прошируваат простор-времето низ кое минуваат и се што е во него, и се шират слично на начинот на кој водата или звучните бранови се шират низ водата или воздухот. Тие се формираат при забрзување на масите, особено огромните, на пример при експлозии на супернова, за време на орбитата на ѕвездите една околу друга на мали растојанија во бинарни ѕвездени системи, при судири на црни дупки итн. Тие, исто така, можеа да се формираат во големата експлозија и во космичката инфлација, брзото ширење на универзумот што следеше веднаш по големата експлозија.
Гравитационите бранови може да се замислат ако, наместо експлозија на супернова или судир на црна дупка, ги замислиме брановите што се шират кога фрламе камен во вода или кога плескаме со рацете. Треба да се има на ум дека гравитационите бранови се шират со брзина на светлината.
Постоењето на гравитациски бранови првпат го предвидел Алберт Ајнштајн во 1916 година врз основа на неговата општа теорија на релативност. Но, беше потребен еден век развој на технологијата за конечно да се потврди во 2015 година во големите инструменти LIGO и Virgo кои се доволно чувствителни за да ги детектираат нивните слаби ефекти. Ова откритие ја доби Нобеловата награда во 2017 година и овозможи сосема нов вид на истражување на вселената – астрономија на гравитациони бранови. До денес се регистрирани околу 100 настани кои испратиле гравитациски бранови.
Астрономијата на гравитационите бранови може да ни даде увид во настани кои не можеме да ги снимиме во форма на електромагнетни бранови. Меѓу другото, таа можеше да ни открие што се случило веднаш по големата експлозија. Во моментов не можеме да знаеме бидејќи универзумот бил премногу јонизиран и премногу густ за електромагнетните бранови да патуваат низ околу 380.000 години по Големата експлозија. Но, непроѕирноста на просторот за електромагнетни бранови не е проблем за гравитационите бранови.
Во новото истражување, гореспоменатите тимови самостојно открија траги од т.н позадински шум на гравитациони бранови. Од каде доаѓаат овие бранови? Иако новото истражување не даде дефинитивен одговор на ова прашање, главната претпоставка е дека тие биле емитирани од бинарни системи на супермасивни црни дупки.
Научниците долго време претпоставуваа дека постојат во некои галаксии. Тие можеле да бидат создадени на повеќе начини, но првенствено со спојување на две галаксии кои имале супермасивни црни дупки во своите центри. Кога супермасивните црни дупки ќе се најдат во бинарен систем, тие меѓусебно ротираат една околу друга и испраќаат гравитациски бранови.
Со емитирање на гравитациони бранови, системите губат енергија и црните дупки се поблиску и поблиску и на крајот се спојуваат во една уште поголема црна дупка. Ова спојување може да произведе силни гравитациски бранови кои можат да се набљудуваат од постоечките детектори на Земјата.
Како што веќе кажавме, судири на црни дупки се забележани многу пати во инструментите LIGO и Virgo. Тие уреди, чии краци се долги четири километри, беа доволно чувствителни за да го детектираат ефектот на гравитационите бранови чија бранова должина се мери во илјадници километри. Но, тие не се доволно чувствителни за да детектираат друг вид гравитациски бранови со многу подолги бранови должини кои се создаваат од супермасивни црни дупки кои орбитираат една околу друга, а кои се мерат во светлосни години.
За да регистрира такви бранови должини, детекторот би требало да има краци кои опфаќаат речиси половина од галаксијата.
Затоа, научниците одлучија да ја претворат самата галаксија во вид на детектор. Тие го направија тоа искористувајќи ги кластерите пулсари што постојат во него.
Пулсарите се остатоци од поранешни масивни ѕвезди кои умреле во спектакуларни супернови, оставајќи зад себе само густи јадра составени од неутрони. Секој пулсар е мал, со големина на град, но ротира стотици пати во секунда.
Со своите силни магнетни полиња и брзата ротација, тие создаваат моќни електромагнетни зраци. Магнетните полиња на пулсарите се концентрирани во половите на ѕвездата, а овие места се нарекуваат магнетни јами. Ротацијата на пулсарот предизвикува магнетната јама да ја промени својата позиција во однос на Земјата, што резултира со зрак светлина што се движи кон и подалеку од Земјата. Овие пулсирања се јавуваат во толку прецизни, кратки интервали што можат да се користат за различни мерења.
Ова е местото каде што гравитационите бранови влегуваат во игра. Имено, истегнувањето и компресирањето на простор-времето низ кое минуваат импулсите на пулсарите теоретски би требало да создаде мали неправилности во временските интервали во кои стигнуваат до нас на Земјата. Ако гравитациониот бран малку го скрати или издолжи време-просторот низ кој минува пулсарниот сигнал, на Земјата ќе се забележи мало нарушување во неговото пристигнување.
Но, нарушувањето снимено во сигналот на еден пулсар не е доволно за да се утврди без сомнение дека тоа е последица на влијанието на гравитационите бранови. Ова бара поголема група пулсари да го покажат истиот ефект.
Научниците веќе пронајдоа некои индикации за гравитациски позадински шум во блесоците на кластерите на пулсарите, но до неодамна немаше доволно податоци за да се каже дали се работи за случајност или грешка.
„Моравме да ја „хакираме“ галаксијата“, рече Џеф Хазбун, член на речиси 100-члениот тим НАНОГрав од САД, Канада и дванаесет други земји, додавајќи: „Тоа е една од највозбудливите работи за овој проект за мене“.
Во најновата анализа, која беше објавена во серија трудови во The Astrophysical Journal Letters, научниците проучуваа податоци од околу 70 пулсари.
„Ако пулсот е малку доцна или малку избрзан, тоа може да се припише на минувањето на гравитациониот бран“, рече Хазбун, објаснувајќи дека гравитациониот бран се протега или го компромитира простор-времето, менувајќи го растојанието што пулсот мора да го помине за да го достигне. Земјата.
Моделот на отстапувања од очекуваното време на пристигнување на пулсарските зраци сугерира дека гравитационите бранови брануваат низ време-просторот како џиновска маса од жело.
„Многу е тешко да се каже дали брановите доаѓаат од една одредена насока“, вели Хазбун.
Наместо да гледа еден бран кој доаѓа, како што би видел човек кој стои на плажа и гледа кон морето, Хазбун ги толкува сигналите како повеќе да потсетуваат на искуството од пливање во бурен океан.
Истражувачите сè уште не знаат што ги создава овие бранови, но резултатите се совпаѓаат со предвидувањата за ефектот на вртење на супермасивни црни дупки.
Но, изворот на снимените сигнали би можел да биде нешто уште понеобично – можностите се движат од космички нишки кои би можеле да се формираат на крајот од големата експлозија, преку темната материја, до праисториските црни дупки кои се формирале набргу по големата експлозија или космичката инфлација.
Објавените резултати сè уште не можат да се сметаат за дефинитивно откритие на гравитациониот шум во позадината, сепак, постои поголема од 99% шанса тоа да е вистински феномен. Сигналот на NANOGrav има ниво на доверба од 4 сигма (или 99,349%) и се базира на 67 пулсари.
Сигналот на уредот PPTA има пониско ниво на доверливост бидејќи во него биле проучувани помалку пулсари. Нејзиното откривање се заснова на само 30 ѕвезди, но сигналите се собирале во долг период. Златниот стандард за откритие што може да се смета за потврдено е 5 сигма. Ова значи дека научниците ќе треба да направат многу повеќе работа. Но, тие веќе имаат многу собрани материјали во текот на многу години, па затоа не треба да биде премногу тешко. Ќе биде потребно време, работа и трпение.
Подготвено од А.Ѓ.
About Author
