Гравитациялык толкундун фону (GWB): Түздөн-түз аныктоодогу жетишкендик

Гравитациялык толкун 1916-жылы Эйнштейндин Жалпы салыштырмалуулук теориясы тарабынан бир кылым мурун алдын ала айтылгандан кийин, 2015-жылы биринчи жолу түз аныкталган. Бирок, аалам боюнча бар деп эсептелген үзгүлтүксүз, төмөнкү жыштыктагы гравитациялык толкун фоны (GWB) азырынча түз аныкталган эмес. Түндүк Американын Наногерц гравитациялык толкундар обсерваториясынын (NANOGrav) изилдөөчүлөрү жакында эле "Гравитациялык толкун фоны (GWB)" болушу мүмкүн болгон төмөнкү жыштыктагы сигналдын аныкталганын билдиришти.

Эйнштейн тарабынан 1916-жылы сунушталган жалпы салыштырмалуулук теориясы боюнча, супернова же кара тешиктердин биригиши сыяктуу ири космостук окуялар Аалам аркылуу тараган гравитациялык толкундарды пайда кылышы керек . Жер ар дайым бардык тараптан келген гравитациялык толкундар менен капталып турушу керек , бирок алар байкалбайт, анткени алар Жерге жеткенде өтө алсыз болуп калат. Гравитациялык толкундарды түз аныктоо үчүн бир кылымга жакын убакыт кетти, 2015-жылы LIGO-Virgo командасы Жерден 1.3 миллиард жарык жылы алыстыкта ​​​​жайгашкан эки кара тешиктин биригишинен пайда болгон гравитациялык толкундарды аныктоодо ийгиликке жетишти ⁽¹⁾ . Бул ошондой эле аныкталган толкундар болжол менен 1.3 миллиард жыл мурун болгон космостук окуя жөнүндө маалымат алып жүрүүчү болгон дегенди билдирет.

2015-жылы биринчи жолу аныкталгандан бери бүгүнкү күнгө чейин бир топ гравитациялык толкундар катталды. Алардын көпчүлүгү эки кара тешиктин биригишинен , бир азы гана эки нейтрон жылдызынын кагылышуусунан улам болгон ⁽²⁾ . Азыркыга чейин аныкталган бардык гравитациялык толкундар эпизоддук болгон, алар кара тешиктердин кош жубунан же нейтрон жылдыздарынын бири-бири менен спираль түрүндө биригишинен же кагылышуусунан келип чыккан ⁽³⁾ жана жогорку жыштыктагы, кыска толкун узундугуна (миллисекунд диапазонунда) ээ болгон.

Бирок, ааламда гравитациялык толкундардын булактарынын көп болушу мүмкүн болгондуктан, ааламдын бардык бурчунан келген көптөгөн гравитациялык толкундар Жер аркылуу тынымсыз өтүп, фон же ызы-чуу жаратышы мүмкүн. Бул үзгүлтүксүз, кокустук жана төмөнкү жыштыктагы кичинекей толкун болушу керек. Анын бир бөлүгү Чоң жарылуудан келип чыккан болушу мүмкүн деп болжолдонууда. Гравитациялык толкун фоны (ГТФ) деп аталган бул азырынча аныктала элек ⁽³⁾.

Бирок биз чоң ачылыштын алдында турабыз – Түндүк Американын Наногерц гравитациялык толкундар обсерваториясынын (NANOGrav) изилдөөчүлөрү «Гравитациялык толкун фону (GWB)» ^(4,5,6) болушу мүмкүн болгон төмөнкү жыштыктагы сигналды аныкташканын билдиришти.

LIGO-virgo командасы кара тешиктердин жеке жуптарынан гравитациялык толкунду аныктагандан айырмаланып , NANOGrav командасы ааламдагы сансыз кара тешиктер тарабынан абдан узак убакыт бою түзүлгөн туруктуу, ызы-чуу сыяктуу "биргелешкен" гравитациялык толкунду издешти . Көңүл "гравитациялык толкун спектринин" экинчи учундагы " өтө узун толкун узундугундагы" гравитациялык толкунга бурулду.

Жарык жана башка электромагниттик нурлануулардан айырмаланып, гравитациялык толкундарды телескоп менен түздөн-түз байкоого болбойт.  

NANOGrav командасы узак мөөнөттүү туруктуулук менен өтө тез айланган миллисекунддук пульсарларды (MSP) тандады. Бул импульсерлерден келген жарыктын туруктуу схемасы бар, аларды гравитациялык толкун өзгөртүшү керек. Идея Жерге сигналдардын келүү убактысындагы корреляцияланган өзгөрүүлөрдү аныктоо үчүн өтө туруктуу миллисекунддук пульсарлардын (MSP) ансамблин байкоо жана көзөмөлдөө болгон, ошентип, биздин галактикада " Галактика өлчөмүндөгү" гравитациялык толкун детекторун түзүү болгон. Команда ушундай 47 пульсарды изилдөө менен пульсардын убакыт массивин түзгөн. Өлчөөлөр үчүн колдонулган радиотелескоптор Аресибо обсерваториясы жана Грин Банк телескобу болгон.

Буга чейин алынган маалыматтар топтому 47 MSP жана 12.5 жылдан ашык байкоолорду камтыйт. Мунун негизинде, GWB түздөн-түз аныктоону так далилдөө мүмкүн эмес, бирок аныкталган төмөн жыштык сигналдары муну абдан көрсөтүп турат. Балким, кийинки кадам массивге көбүрөөк пульсарларды кошуу жана сезгичтигин жогорулатуу үчүн аларды узак убакытка изилдөө болмок.  

Ааламды изилдөө үчүн окумуштуулар жарык, рентген, радио толкун ж.б. сыяктуу электромагниттик нурланууларга гана көз каранды болушкан. Электромагниттик нурланууга таптакыр тиешеси жок болгондуктан, 2015-жылы гравитациялык күчтөрдү аныктоо окумуштуулар үчүн асман телолорун изилдөө жана ааламды , айрыкча электромагниттик астрономдор үчүн көрүнбөгөн асман окуяларын түшүнүү үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачты. Андан тышкары, электромагниттик нурлануудан айырмаланып, гравитациялык толкундар материя менен өз ара аракеттенишпейт, ошондуктан алардын келип чыгышы жана булагы жөнүндө маалыматты эч кандай бурмалоосуз алып жүрүү менен дээрлик эч кандай тоскоолдуксуз тарашат. ⁽³⁾

Гравитациялык толкун фонун (ГТФ) аныктоо мүмкүнчүлүктү андан ары кеңейтет. Ал тургай, Чоң жарылуудан пайда болгон толкундарды аныктоого мүмкүн болуп калышы мүмкүн, бул бизге ааламдын келип чыгышын жакшыраак түшүнүүгө жардам берет.

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121

***

Колдонулган адабияттар:  

1. Castelvecchi D. and Witze A., 2016. Эйнштейндин гравитациялык толкундары акыры табылды. Nature News 11 февраль 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. Гравитациялык толкундардын 50 окуясы Аалам жөнүндө эмнени ачып берет. Жаратылыш Жаңылыктары Жарыяланган 30 Октябр 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. Гравитациялык толкундардын булактары жана түрлөрү. Интернетте жеткиликтүү https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources 12-январь 2021-жылы жеткиликтүү. 

4. NANOGrav кызматташтыгы, 2021. NANOGrav төмөнкү жыштыктагы гравитациялык толкундун фонунун мүмкүн болгон "биринчи кеңештерин" табат. Интернетте жеткиликтүү http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html 12-январь 2021-жылы жеткиликтүү 

5. NANOGrav кызматташтыгы 2021. Пресс-брифинг – NANOGrav маалыматтарынын 12.5 жылында гравитациялык-толкундун фонун издөө. 11-январь 2021. Онлайнда жеткиликтүү http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al. 2020. NANOGrav 12.5 жылдык маалыматтар топтому: Изотроптук стохастикалык гравитациялык толкундун фонун издөө. Astrophysical Journal Letters, 905-том, №2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***