Þyngdarbylgja greindist beint í fyrsta skipti árið 2015 eftir aldar spá sína af almennu afstæðiskenningu Einsteins árið 1916. En samfellda, lágtíðnin Þyngdarafl-bylgjubakgrunnur (GWB) sem er talið vera til staðar um allan alheimurinn hefur ekki greinst beint hingað til. Rannsakendur við North American Nanohertz Observatory fyrir Þyngdarbylgjur (NANOGrav) hafa nýlega greint frá greiningu á lágtíðnimerki sem gæti verið „Gravitational-wave Background (GWB)“.
Almenn afstæðiskenning sem Einstein setti fram árið 1916 spáir því að stórir geimviðburðir eins og sprengistjarna eða samruni svarthol ætti að framleiða þyngdarbylgjur sem breiða út í gegnum Universe. Jörðin ætti að vera þvott af þyngdarbylgjur úr öllum áttum allan tímann en þetta er ógreint vegna þess að þeir verða mjög veikburða þegar þeir ná til jarðar. Það tók um það bil öld að gera beina greiningu á þyngdaraflum þegar árið 2015 tókst LIGO-Virgo teyminu að greina þyngdarbylgjur framleitt vegna sameiningar tveggja svarthol staðsett í 1.3 milljarða ljósára fjarlægð frá jörðinni (1). Þetta þýddi einnig að gárurnar sem greindust voru handhafar upplýsinga um kosmískan atburð sem átti sér stað fyrir um 1.3 milljörðum ára.
Frá fyrstu uppgötvun árið 2015, góður fjöldi þyngdarafl gára hafa verið skráð til þessa. Flestar þeirra voru vegna sameiningar tveggja svarthol, fáar voru vegna áreksturs tveggja nifteindastjarna (2). Allt uppgötvað þyngdarbylgjur hingað til voru þáttaraðir, af völdum tvöfaldur par af svarthol eða nifteindastjörnur sem þyrlast og renna saman eða rekast hver í aðra (3) og voru með hátíðni, stuttri bylgjulengd (í millisekúndna bili).
Hins vegar, þar sem möguleiki er á miklum fjölda heimilda um þyngdarbylgjur í alheimurinn þess vegna margir þyngdarbylgjur saman víðsvegar að alheimurinn getur verið stöðugt að fara í gegnum jörðina allan tímann og mynda bakgrunn eða hávaða. Þetta ætti að vera samfellt, af handahófi og með lágtíðni smábylgju. Talið er að einhver hluti þess gæti jafnvel átt uppruna sinn í Miklahvell. Hringt Þyngdarafl-bylgjubakgrunnur (GWB), þetta hefur ekki fundist hingað til (3).
En við gætum verið á barmi byltingar – vísindamenn við North American Nanohertz Observatory fyrir Þyngdarbylgjur (NANOGrav) hafa greint frá greiningu á lágtíðnimerki sem gæti verið „Gravitational-wave Background (GWB) (4,5,6).
Ólíkt LIGO-meyjar liðinu sem uppgötvaði þyngdarbylgja frá einstökum pörum af svarthol, NANOGrav teymi hefur leitað að viðvarandi, hávaða eins og 'samsettu' þyngdarbylgja búin til á mjög löngum tíma af óteljandi svarthol í alheimurinn. Áherslan var á „mjög langa bylgjulengd“ þyngdarbylgja á hinum enda „þyngdarbylgjurófsins“.
Ólíkt ljósi og annarri rafsegulgeislun er ekki hægt að fylgjast beint með þyngdarbylgjunum með sjónauka.
NANOGrav liðið valdi millisekúndu pulsars (MSPs) sem snúast mjög hratt með langtíma stöðugleika. Það er stöðugt mynstur ljóss sem kemur frá þessum púlsum sem ætti að breytast af þyngdarbylgjunni. Hugmyndin var að fylgjast með og fylgjast með hópi ofur-stöðugra millisekúndna pulsars (MSP) fyrir fylgni breytingar á tímasetningu komu merkjanna til jarðar og skapa þannig „galaxy-stór“ þyngdarbylgjuskynjari innan okkar eigin Galaxy. Hópurinn bjó til tímafylkingu með því að rannsaka 47 slíkar töfrar. Arecibo stjörnustöðin og Green Bank sjónaukinn voru það útvarp sjónauka notaðir við mælingarnar.
Gagnasettið sem aflað hefur verið hingað til inniheldur 47 MSP og yfir 12.5 ára athuganir. Byggt á þessu er ekki hægt að sanna með óyggjandi hætti beina uppgötvun GWB þó að lágtíðnimerkin sem greindust bendi mjög til þess. Kannski væri næsta skref að setja fleiri tjaldstjörnur í fylkið og rannsaka þær í lengri tíma til að auka næmni.
Til að læra alheimurinn, vísindamenn voru eingöngu háðir rafsegulgeislum eins og ljósi, röntgengeislum, útvarp bylgja o.s.frv. Með því að vera algjörlega ótengd rafsegulgeislun, uppgötvaði þyngdarafl árið 2015 nýjan glugga tækifæris fyrir vísindamenn til að rannsaka himintungla og skilja alheimurinn sérstaklega þá himnesku atburði sem eru ósýnilegir rafsegulstjörnufræðingum. Ennfremur, ólíkt rafsegulgeislun, hafa þyngdarbylgjur ekki samskipti við efni og ferðast þess vegna nánast óhindrað og flytja upplýsingar um uppruna þeirra og uppruna án hvers kyns röskunar.(3)
Greining á þyngdarbylgjubakgrunni (GWB) myndi víkka tækifærið enn frekar. Það gæti jafnvel orðið mögulegt að greina öldurnar sem myndast frá Miklahvell sem gæti hjálpað okkur að skilja uppruna þeirra alheimurinn á betri hátt.
***
Tilvísanir:
- Castelvecchi D. og Witze A., 2016. Þyngdarbylgjur Einsteins fundust loksins. Náttúrufréttir 11. febrúar 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Það sem 50 þyngdarbylgjuviðburðir sýna um alheiminn. Náttúrufréttir birtar 30. október 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Heimildir og tegundir þyngdarbylgna. Fæst á netinu á https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Skoðað 12. janúar 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav finnur mögulegar „fyrstu vísbendingar“ um lágtíðni þyngdarbylgjubakgrunn. Fæst á netinu á http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Skoðað þann 12. janúar 2021
- Samstarf NANOGrav 2021. Fréttatilkynning – Leitað að þyngdarbylgjubakgrunni á 12.5 árum af NANOGrav gögnum. 11. janúar 2021. Fæst á netinu á http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., o.fl. 2020. NANOGrav 12.5 ára gagnasafnið: Leitaðu að ísótrópískum stochastic þyngdarbylgjubakgrunni. The Astrophysical Journal Letters, Volume 905, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
