Астрофизики из Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav) нашли доказательства существования гравитационных волн с периодом колебаний от нескольких лет до десятилетий.
Существование гравитационных волн было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1916 году, и лишь в 2015 году астрофизики из Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) и коллаборации Virgo впервые зафиксировали гравитационные волны, вызванные столкновением двух черных дыр звездной массы. Новое исследование коллаборации NANOGrav стало первым свидетельством существования гравитационных волн на очень низких частотах. Предполагается, что источником таких низкочастотных гравитационных волн могут быть медленно сближающиеся двойные сверхмассивные черные дыры (с массами 108–1010 масс Солнца), а также первичные черные дыры, космологические фазовые переходы или космические струны.
Способ обнаружения таких гравитационных волн был предложен в 1970-е годы. Метод состоит в фиксации небольших изменений во времени прихода к земному наблюдателю всплесков радиоизлучения нейтронных пульсаров. Отклонения при этом составляют миллиардные доли секунды. Этот метод требует многолетних наблюдений при помощи сети радиотелескопов. Авторы исследования во главе с Габриэллой Агази (Gabriella Agazie) из Университета Висконсина выявили сигнал, связанный с низкочастотными гравитационными волнами, анализируя данные, собранные за 15 лет наблюдений за 67 галактическими пульсарами. Сбором данных занимались три радиообсерватории: Аресибо в Пуэрто-Рико, радиотелескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и Очень большая антенная решетка (Very Large Array) в Нью-Мексико.
«Вероятным источником этих волн являются далекие пары сверхмассивных черных дыр с близкой орбитой», — говорит председатель коллаборации NANOGrav астрофизик Стивен Тейлор из Университета Вандербильта. «Обнаружение "хора" низкочастотных гравитационных волн, сделанное NANOGrav, послужит ключом к раскрытию тайн того, как формируются структуры в космосе, — добавляет астрофизик Джефф Хазбоун из Университета штата Орегон. — Мы открыли эту новую область спектра гравитационных волн. Мы видели низкочастотные волны из совершенно другой части спектра, что говорит нам о том, что они являются вездесущим физическим явлением и что мы можем искать их где угодно».
Широкая распространенность явления, обнаруженная исследователями, означает, что сверхмассивные пары черных дыр могут быть столь же широко распространены во Вселенной и их число может исчисляться сотнями тысяч или даже миллионами. «Хотя наши ранние данные говорили нам, что мы что-то слышали, теперь мы знаем, что это музыка гравитационной Вселенной, — говорит содиректор NANOGrav Ксавьер Сименс из Университета штата Орегон. — По мере того как мы продолжаем слушать, отдельные инструменты будут выходить на первый план в этом космическом оркестре».
Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal Letters.