Пульсары стали маяками для обнаружения сверхнизкочастотных гравитационных волн, распространяющихся по космосу. Сигнал, зафиксированный международными коллаборациями по хронометрированию пульсаров в 2023 году, может исходить либо от стохастического гравитационно-волнового фона — суммы множества удаленных источников, либо от одной близкой двойной системы сверхмассивных черных дыр.
Чтобы различить эти сценарии, физики Хидеки Асада и Шун Ямамото предложили метод с использованием эффекта биений. Это явление, знакомое по музыке, возникает, когда две волны почти одинаковой частоты создают характерный паттерн усилений и спадов. В гравитационных волнах оно проявляется в едва заметных модуляциях времени прихода радиоимпульсов пульсаров.
Небо заполнено точными «космическими часами» — пульсарами, нейтронными звездами, испускающими радиоимпульсы с регулярностью атомных часов. Радиотелескопы на Земле отслеживают их ритм не только для изучения самих пульсаров, но и как инструмент исследования Вселенной. Если нечто невидимое — почти «космический призрак» — искажает пространство-время между пульсаром и Землей, регулярность импульсов меняется. Аномалия проявляется одновременно в нескольких областях неба, как будто по ним прокатывается волнообразная рябь.
В 2023 году несколько коллабораций, включая NANOGrav в США и европейские группы, объявили о получении убедительных доказательств существования гравитационных волн наногерцового диапазона. Наногерц означает периоды волн от нескольких месяцев до нескольких лет, а длины волн — в несколько световых лет. Для их исследования нужны стабильные пульсары, находящиеся в сотнях или тысячах световых лет от нас.
Главная интрига — происхождение волн. Один сценарий связывает их с космической инфляцией, ранним расширением Вселенной, которое оставило гигантские флуктуации в ткани пространства-времени. Другой вариант — близкие двойные сверхмассивные черные дыры, возникающие при слиянии галактик. В таких системах эффект биений помогает выделить конкретный источник, словно космос сам подсказывает, где скрыта его тайна.
Скоро новые наблюдения смогут подтвердить сигнал на уровне 5 сигм. Тогда перед учеными встанет задача не просто зафиксировать волны, а понять их происхождение. Биения пульсаров могут стать инструментом для различения древних следов инфляции и «шумного разговора» соседних черных дыр. Космос продолжает говорить, остается только внимательно слушать.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что астрономы заметили загадочный инверсионный след сквозь галактику.
