(Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images) Wenn Sie sich das Sonnensystem im Kopf vorstellen, denken die meisten Menschen an die Sonne, die starr und stationär in der Mitte steht, während alles andere um sie herum schwirrt. Aber jeder Körper im Sonnensystem übt auch seine eigene Anziehungskraft auf den Stern aus, wodurch er sich nur ein kleines Stück bewegt.
Daher liegt das genaue Gravitationszentrum (oder Baryzentrum) des Sonnensystems nicht mitten in der Mitte der Sonne, sondern irgendwo näher an ihrer Oberfläche, etwas außerhalb. Aufgrund der unzähligen Gravitationseinflüsse war es für uns jedoch nicht einfach, genau herauszufinden, wo sich dieser Schwerpunkt befindet.
Jetzt hat ein internationales Team von Astronomen mithilfe einer speziell entwickelten Software die Position des Schwerpunkts unseres Sonnensystems auf 100 Meter (328 Fuß) eingegrenzt – und unsere Messungen könnten dadurch erheblich verbessert werden Gravitationswellen .
Es hat alles damit zu tun Pulsare . Diese toten Sterne können extrem schnell rotieren, im Millisekundenbereich, und dabei Strahlen elektromagnetischer Strahlung von ihren Polen abfeuern. Wenn sie richtig ausgerichtet sind, blitzen diese Strahlen wie ein sehr schneller kosmischer Leuchtturm an der Erde vorbei und erzeugen ein gepulstes Signal, das äußerst regelmäßig ist.
Dieser regelmäßige Puls ist für alle möglichen Zwecke nützlich, von der Erkundung des interstellaren Mediums bis hin zu einem mögliches Navigationssystem .
In den letzten Jahren haben Observatorien, darunter das North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), damit begonnen, nach niederfrequenten Gravitationswellen zu suchen, da Gravitationswellen Ursache sein sollten sehr subtile Störungen im Takt einer ganzen Reihe von Pulsaren am Himmel.
„Mithilfe der Pulsare, die wir überall in der Milchstraße beobachten, versuchen wir, wie eine Spinne zu sein, die still in der Mitte ihres Netzes sitzt.“ erklärte der Astronom und Physiker Stephen Taylor der Vanderbilt University und der NANOGrav-Zusammenarbeit .
„Wie gut wir den Schwerpunkt des Sonnensystems verstehen, ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir versuchen, selbst das kleinste Kribbeln im Netz zu spüren.“
Das liegt daran, dass Fehler bei der Berechnung der Erdposition im Verhältnis zum Schwerpunkt des Sonnensystems unsere Messungen beeinflussen können Drücken Sie Timing, was wiederum unsere Suche nach niederfrequenten Gravitationswellen beeinflussen kann.
Ein Teil des Problems ist Jupiter . Er hat bei weitem die stärkste Gravitationswirkung auf die Sonne – die Anziehungskraft der anderen Planeten ist im Vergleich dazu gering. Wir wissen, wie lange Jupiter braucht, um die Sonne zu umkreisen – etwa 12 Erdenjahre –, aber unser Verständnis dieser Umlaufbahn ist unvollständig.
Bisher stützten sich Schätzungen der Position des Schwerpunkts auf die Doppler-Verfolgung – wie sich das Licht von Objekten ändert, wenn wir (oder unsere Instrumente) uns auf sie zu oder von ihnen weg bewegen –, um die Umlaufbahnen und Massen der Planeten zu berechnen. Aber alle Fehler in diesen Massen und Umlaufbahnen können zu Fehlern führen, die Gravitationswellen ähneln könnten.
Und als das Team diese vorhandenen Datensätze zur Analyse der NANOGrav-Daten nutzte, erhielt es immer wieder inkonsistente Ergebnisse.
„Wir haben bei uns nichts Bedeutendes festgestellt Gravitationswelle „Suchen zwischen Sonnensystemmodellen, aber wir haben große systematische Unterschiede in unseren Berechnungen festgestellt“, sagte der Astronom Michele Vallisneri des Jet Propulsion Laboratory der NASA.
„Normalerweise liefern mehr Daten ein genaueres Ergebnis, aber es gab immer einen Versatz in unseren Berechnungen.“
Hier kommt die Software des Teams ins Spiel. Es heißt BayesEphem und soll die Unsicherheiten in den Umlaufbahnen des Sonnensystems modellieren und korrigieren, die für die Suche nach Gravitationswellen mithilfe von Pulsaren – insbesondere Jupiter – am relevantesten sind.
Als das Team BayesEphem auf die NANOGrav-Daten anwendete, konnte es eine neue Obergrenze für den Gravitationswellenhintergrund und die Detektionsstatistik festlegen. Und sie konnten einen neuen, genaueren Standort für den Schwerpunkt des Sonnensystems berechnen, der in Zukunft eine viel genauere Detektion niederfrequenter Gravitationswellen ermöglichen könnte.
„Unsere präzise Beobachtung von Pulsaren, die über die gesamte Galaxie verstreut sind, hat uns besser im Kosmos lokalisiert, als wir es jemals zuvor konnten.“ Sagte Taylor .
„Indem wir auf diese Weise zusätzlich zu anderen Experimenten Gravitationswellen finden, erhalten wir einen ganzheitlicheren Überblick über alle Arten von Wellen.“ Schwarze Löcher im Universum.'
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .