Учёные предложили новый способ различать гравитационные волны, порождённые слиянием сверхмассивных чёрных дыр и Большим взрывом, — по своеобразному "ритму", который создают эти волны. Как сообщает Space.com, исследование, опубликованное в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, показывает, что эти космические ряби можно обнаружить с помощью пульсаров — мёртвых звёзд, вращающихся с невероятной скоростью.

Во время Большого взрыва квантовые флуктуации в молодой Вселенной расширялись вместе с ней, создавая так называемые первичные гравитационные волны. Эти волны, по теории, всё ещё пронизывают космос. К ним добавляются волны от других источников, таких как слияния сверхмассивных чёрных дыр в разных галактиках. Вместе они формируют фоновую "рябь" пространства-времени. Но как её уловить?

Пульсары — космические часы

Для поиска этого гравитационного фона астрономы используют массивы пульсаров — остатков звёзд, которые вращаются, испуская радиолуч из магнитных полюсов, подобно маяку. Эти лучи приходят к нам как регулярные импульсы, делая пульсары одними из самых точных хронометров Вселенной. Любое отклонение в их ритме сигнализирует о внешнем воздействии, например, о прохождении гравитационной волны между нами и пульсаром.

Если несколько пульсаров в одной области неба одновременно показывают одинаковое отклонение в тайминге импульсов, это указывает на гравитационную волну. В 2023 году NANOGrav (Североамериканская обсерватория наногерцовых гравитационных волн), совместно с коллегами из Австралии, Европы и Индии, опубликовала данные, намекающие на обнаружение такого фона с помощью массивов пульсаров. Хотя результаты пока предварительные, они вдохновляют на следующий шаг — разделение источников этих волн.

"Ритмы" чёрных дыр

Физики Хидеки Асада и Шун Ямамото из Университета Хиросаки в Японии предложили метод различения волн. "Мы исследовали случай, когда пара близких сверхмассивных чёрных дыр создаёт сильный сигнал. Если у двух таких систем схожие частоты, их волны могут интерферировать, создавая ритмический узор, как в акустике", — объяснил Асада. Этот "бит" возникает из-за суперпозиции волн от двух пар чёрных дыр с похожими массами и расстояниями, когда их пики и спады выстраиваются, вызывая конструктивную и деструктивную интерференцию. Это модулирует отклонения в импульсах пульсаров, но для обнаружения нужны более чувствительные инструменты, чем есть сейчас.

Почему это важно?

Выделение волн от чёрных дыр позволит оценить, сколько таких систем во Вселенной и какие у них массы. Более того, отделение их сигнала от первичных гравитационных волн, рождённых в первые доли секунды после Большого взрыва, откроет космологам новые данные о зарождении Вселенной. Первичные волны — ключ к пониманию инфляции, сверхбыстрого расширения космоса на заре его существования.

Вкратце...

Учёные используют пульсары — вращающиеся мёртвые звёзды — как точные часы, чтобы ловить гравитационные волны от Большого взрыва и слияний чёрных дыр. В 2023 году NANOGrav нашла намёки на гравитационный фон. Новое исследование предлагает различать волны по "битам" от пар чёрных дыр, что поможет изучить их и раскрыть тайны инфляции.