Uczeni stworzyli mapę fal grawitacyjnych. Zaskoczyła ich anomalia

Czym są fale grawitacyjne?

Fale grawitacyjne to zmarszczki w czasoprzestrzeni, które powstają, gdy masywne obiekty, takie jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe, zderzą się ze sobą. Można je porównać do fal na wodzie po wrzuceniu kamienia – z tą różnicą, że zamiast wody drga sama struktura wszechświata. Chociaż są trudne do wykrycia, ich badanie pomaga naukowcom lepiej rozumieć kosmiczne zjawiska.

Fale grawitacyjne zostały przewidziane teoretycznie przez Alberta Einsteina w 1916 roku w ramach ogólnej teorii względności. Po raz pierwszy udało się je bezpośrednio wykryć dopiero w 2015 roku, dzięki detektorowi LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Polecamy: Co było przed Wielkim Wybuchem? Badania wskazują, że inny wszechświat

Skąd się biorą fale grawitacyjne?

Teoretycznie nawet proste działania, takie jak chodzenie czy ruch ręką, mogą wywoływać drobne „zmarszczki czasoprzestrzeni”. Jednak są one zbyt małe, by mogły zostać wykryte. Nawet ruch planet, gwiazd czy czarnych dziur nie generuje fal grawitacyjnych o wystarczającej sile, aby mogły zostać zaobserwowane za pomocą naszych obecnych instrumentów.

Jak naukowcom udało się stworzyć mapę tych fal? Mimo że pojedyncze obiekty nie generują dużych fal grawitacyjnych, ich zbiorowe oddziaływanie tworzy tak zwane tło fal grawitacyjnych.

Wykorzystanie galaktyki jako instrumentu badawczego

Opracowanie mapy fal grawitacyjnych wymagało wykorzystania ogromnego instrumentu badawczego – całej Drogi Mlecznej. Kluczem do sukcesu okazały się pulsary, które powstają z gwiazd neutronowych. Te zaś rodzą się z niektórych supernowych w końcowym stadium ich życia. Pulsary obracają się wokół własnej osi i emitują impulsy radiowe lub świetlne w regularnych odstępach czasu. To czyni je doskonałymi „kosmicznymi zegarami”.

Australijscy naukowcy wykorzystali pulsary rotujące setki razy na sekundę. Dzięki radioteleskopowi MeerKAT w Republice Południowej Afryki badacze mierzyli impulsy radiowe emitowane przez setki pulsarów. Analizując zakrzywienia tych fal, byli w stanie zidentyfikować obecność fal grawitacyjnych i opracować mapę tła grawitacyjnego.

Nieoczekiwane odkrycie na mapie

Naukowcy dostrzegli, że w przypadku fal grawitacyjnych przepływających przez naszą galaktykę występuje pewna anomalia. Jest ona związana z łączeniem się dwóch supermasywnych czarnych dziur.

„To, co widzimy, wskazuje na znacznie bardziej dynamiczny i aktywny wszechświat, niż się spodziewaliśmy. Wiemy, że supermasywne czarne dziury łączą się, ale teraz zaczynamy pytać, gdzie one są i ile ich jest?” – powiedział dr Miles z Politechniki w Swinburne.

MeerKAT Pulsar Timing Array to najnowsze narzędzie wspierające międzynarodowe wysiłki zmierzające do zrozumienia tła fal grawitacyjnych. Naukowcy twierdzą, że ich pomiary są bardziej precyzyjne niż te, które wykonano wcześniej, i że zajęły im zaledwie jedną trzecią czasu, który musieli poświęcić inni badacze w przeszłości. Szczegółowość mapy wynika z zastosowania nowatorskich metod, które pozwoliły odkryć możliwe odchylenia kierunkowe związane z supermasywnymi czarnymi dziurami.

Rowina Nathan, która kierowała tymi badaniami, wyjaśniła na łamach portalu ILF Science, że że tło fal grawitacyjnych jest zwykle jednolite i nie obserwuje się zakłóceń i szumów. Jeśli pojawiają się w nim jakieś zakłócenia – anomalia – musi istnieć ich źródło. Odnalezienie go to jednak temat na zupełnie nowe, znacznie trudniejsze badania.

Polecamy: Pierwsze światło po Wielkim Wybuchu. Naukowcy wiedzą jak powstało