Астрономы впервые заметили длинные гравитационные волны сверхмассивных черных дыр

Движения массивных тел вызывают деформации пространства-времени — гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Начиная с 2015 года ученые регистрируют такие колебания, созданные слияниями нейтронных звезд и черных дыр. Однако теперь удалось заметить гравитационные волны намного меньшей частоты, источниками которых стали объекты совершенно других масштабов — скорее всего, сверхмассивные черные дыры (СЧД). Вскоре участники работы из Европы, Австралии, Индии и Китая представят отдельные статьи о полученных результатах, а общая итоговая статья уже опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Напомним, предыдущие наблюдения гравитационных волн вели с помощью специальных лазерно-интерферометрических обсерваторий. Такие инструменты отслеживают мельчайшие изменения дистанции между зеркалами, установленными на большом расстоянии друг от друга, связанные с прохождением «ряби пространства-времени». Однако для регистрации волн большой длины они не подходят. Поэтому авторы новой работы применили совершенно иной подход, основанный на хронометрировании (тайминге) пульсаров.

Пульсары связывают с вращающимися нейтронными звездами — сверхплотными объектами с мощным магнитным полем. Из их полюсов выбрасываются узкие потоки излучения, которые благодаря вращению направляются в нашу сторону в строго определенные моменты времени. За счет этого пульсары видны как источники сигнала со строго определенной периодичностью. Отклонения от нее могут быть вызваны прохождением гравитационных волн.

Такую работу провели пять команд ученых, которые вели тайминг пульсаров независимо друг от друга. Для наблюдений использовали разные наборы пульсаров и инструменты, включая радиотелескопы обсерваторий Грин-Бэнк, Аресибо и VLA. После полутора десятилетий накопления нужной статистики астрономы сопоставили свои результаты в рамках международной коллаборации NANOGrav. Благодаря этому они с большой уверенностью смогли заявить о возможной регистрации длинных гравитационных волн.

Их период составляет годы, в отличие от миллисекунд для волн, которые регистрируют наземные гравитационные обсерватории. Самыми вероятными источниками таких колебаний пространства-времени могут быть пары сверхмассивных черных дыр, которые вращаются в далеких и древних галактиках, сливающихся друг с другом. Впрочем, авторы не отбрасывают и других возможных кандидатов, включая вибрацию гипотетических «космических струн».

Ученые отследили в общей сложности 67 пульсаров Млечного Пути, расположенных от нас на расстоянии до 20 тысяч световых лет. Выявленные аномалии в их тайминге составили совсем незначительную величину, но благодаря большому массиву накопленных данных стандартное отклонение достигло 3,5-4 сигм. Это говорит о том, что достоверность наблюдений составила более 99 процентов. Однако до пяти сигм, которые считаются «золотым стандартом» для подобных наблюдений, надежность довести пока не удалось, поэтому авторы стараются не говорить о совершенно точном и «окончательном» обнаружении гравитационных волн.