Visualisierung der von zwei Schwarzen Löchern erzeugten Gravitationswellen. (Henze/NASA) Seitdem Wissenschaftler es zum ersten Mal entdeckt haben Gravitationswellen von einem kollidierenden Paar Schwarze Löcher im Jahr 2015 Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass das Universum voll davon sein sollte.
Jedes große Ereignis – jedes schwarzes Loch oder Neutronenstern Fusion, jede Supernova – hätte Gravitationswellen durch die Raumzeit ertönen lassen sollen.
Die kombinierte Wirkung all dieser Wellen würde darin bestehen, ein schwaches Hintergrundsummen zu erzeugen, das das gesamte Universum durchdringt. Das Gravitationswelle Der Hintergrund wird voraussichtlich schwach und sehr schwer zu erkennen sein. Dennoch sagten Wissenschaftler der internationalen NanoGRAV-Zusammenarbeit vor einem Jahr Vielleicht haben sie genau das getan .
Nun, von der Internationales Pulsar-Timing-Array (IPTA)-Konsortium sind vorläufige neue Beweise dafür aufgetaucht, dass wir das Brummen möglicherweise entdeckt haben. Wenn dies bestätigt wird, wird dies in der Tat eine sehr große Sache sein.
„Das ist ein sehr aufregendes Signal!“ sagt der Astrophysiker Siyuan Chen des Observatoriums von Paris und des CNRS in Frankreich.
„Obwohl wir noch keine endgültigen Beweise haben, könnten wir beginnen, einen Hintergrund von Gravitationswellen zu entdecken.“
Wie wir letztes Jahr erklärt haben, stammt das Signal aus Beobachtungen eines toten Sterntyps namens a Drücken Sie . Hierbei handelt es sich um Neutronensterne, die so ausgerichtet sind, dass sie Radiowellenstrahlen von ihren Polen ausstrahlen, während sie sich mit einer Geschwindigkeit im Millisekundenbereich drehen, vergleichbar mit einem Küchenmixer.
Das bedeutet, dass diese Blitze unglaublich präzise getimt sind Pulsare sind möglicherweise die nützlichsten Sterne im Universum .
Variationen in ihrem Timing können zur Navigation, zur Erkundung des interstellaren Mediums und zur Untersuchung der Schwerkraft genutzt werden. Seit der Entdeckung der Gravitationswellen nutzen Astronomen sie auch, um nach ihnen zu suchen.
Das liegt daran, dass Gravitationswellen die Raumzeit bei ihrer Ausbreitung verzerren, was theoretisch – ganz geringfügig – den zeitlichen Ablauf der von Pulsaren ausgesendeten Radioimpulse verändern sollte, wenn sich die Raumzeit zwischen uns und ihnen ausdehnt und zusammenzieht.
Ein einzelner Pulsar könnte uns nicht viel sagen, aber wenn diese zeitlichen Schwankungen bei mehreren Pulsaren beobachtet werden, könnte das auf das Vorhandensein von Gravitationswellen hinweisen. Dies wird als Pulsar-Timing-Array bezeichnet.
Der Datensatz des Teams basiert auf Beobachtungen von 65-Millisekunden-Pulsaren, deren Zeitverhalten Eigenschaften aufwies, die mit dem übereinstimmten, was wir von einem Gravitationswellenhintergrund erwarten würden.
Es sind keine stichhaltigen Beweise, zumindest noch nicht. Aber es ist ein Schritt näher dran.
Was Wissenschaftler wirklich sehen müssen, ist ein bestimmtes Signal in Pulsarpaaren, dessen Stärke von ihrer räumlichen Entfernung am Himmel abhängt. Das haben wir noch nicht gesehen, weil das Signal zu schwach ist, aber das Signal, das wir gesehen haben, ist das, was wir als erstes erwarten würden.
„Der erste Hinweis auf einen Gravitationswellenhintergrund wäre ein Signal wie das, das im International Pulsar Timing Array beobachtet wird.“ Datenveröffentlichung 2 ,' sagt der Astrophysiker Bhal Chandra Joshi des Nationalen Zentrums für Radioastrophysik in Indien.
„Dann wird das Signal mit mehr Daten an Bedeutung gewinnen und räumliche Korrelationen aufweisen. Dann wissen wir, dass es sich um einen Gravitationswellenhintergrund handelt.“ „Wir freuen uns sehr darauf, zum ersten Mal mehrere Jahre lang neue Daten zum IPTA beizutragen, um zur Erkennung des Gravitationswellenhintergrunds beizutragen.“
Auch andere Ursachen des Signals müssen ausgeschlossen werden.
„Wir prüfen auch, was dieses Signal sonst noch sein könnte“, sagt der Astrophysiker Boris Goncharov des Gran Sasso Science Institute in Italien.
„Möglicherweise könnte es zum Beispiel auf Rauschen zurückzuführen sein, das in den Daten einzelner Pulsare vorhanden ist und in unseren Analysen möglicherweise nicht ordnungsgemäß modelliert wurde.“
Das bedeutet, dass noch viel mehr wissenschaftliche Arbeit nötig ist, bevor wir definitiv behaupten können, dass der Gravitationswellenhintergrund entdeckt wurde. Aber angesichts der vorliegenden Beweise ist es vernünftig, ein wenig aufgeregt zu sein.
Denn wenn wir den Gravitationswellenhintergrund entdeckt haben, ist die wahrscheinlichste Quelle Kollisionen zwischen einigen der massereichsten Objekte im Universum – supermassereichen Schwarzen Löchern.
Das bedeutet, dass das Signal dabei helfen könnte, solche Rätsel wie das zu lösen Letztes Parsec-Problem , was darauf hindeutet, dass supermassive Schwarze Löcher möglicherweise nicht in der Lage sind, zu verschmelzen, und uns hilft, die Entwicklung und das Wachstum der Galaxie besser zu verstehen.
„Der Nachweis von Gravitationswellen aus einer Population massiver Schwarzloch-Doppelsterne oder aus einer anderen kosmischen Quelle wird uns beispiellose Einblicke in die Entstehung und das Wachstum von Galaxien oder in kosmologische Prozesse geben, die im jungen Universum ablaufen.“ sagt der Astrophysiker Alberto Vecchio der University of Birmingham im Vereinigten Königreich.
„Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine große internationale Anstrengung in der Größenordnung von IPTA erforderlich, und die nächsten Jahre könnten uns ein goldenes Zeitalter für diese Erkundungen des Universums bescheren.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .