Радиотелескоп MeerKAT увидел фон гравитационных волн во Вселенной

Астрофизики из коллаборации MeerKAT подтвердили существование фона гравитационных волн во Вселенной. Для этого ученые использовали одноименный радиотелескоп, состоящий из 64 антенн. И хотя физики видят горячую точку на карте фона, полученной в ходе обработки данных, статистической значимости наблюдения пока не достаточно, чтобы достоверно заявить о наличии точечного источника фоновых гравитационных волн. Ученые представили результаты в серии работ [1, 2, 3], недавно опубликованных на сайте препринтов arXiv.org.

Наша Вселенная — не самое спокойное место, здесь взрываются звезды, сливаются сверхмассивные черные дыры и сталкиваются нейтронные звезды. Подобные явления вызывают гравитационные волны, которые ученые впервые зарегистрировали лишь в 2016 году. Более подробно о гравитационных волнах можно прочитать в нашем материале «На гребне метрического тензора».

Помимо прямого наблюдения, возникающую гравитационную рябь в космическом пространстве можно наблюдать по результатам косвенных измерений. В частности, можно использовать миллисекундные пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, которые излучают радио импульсы с постоянным периодом от одной до десяти миллисекунд. Стабильность вращения миллисекундного пульсара позволяет ученым строить точные временные модели, которые учитывают как внутреннюю, так и внешнюю его физику, причем наиболее точные модели способны предсказывать время прибытия импульса с точностью до десятков наносекунд. Искажения в пространстве-времени, вызванные гравитационными волнами, вызывают корреляции между разностью прихода сигналов от пульсаров и ожидаемым временем прихода сигнала, рассчитанного по моделям. Эти корреляции ученые уже использовали для наблюдений за фоном гравитационных волн, например в эксперименте NANOGrav, впрочем, на набор достаточной статистики тогда ушло около 15 лет, а первые достоверные результаты были опубликованы лишь в прошлом году.

Теперь коллаборация MeerKAT представила подтверждение существования фона гравитационных волн по результатам данных, набранных всего за четыре с половиной года. Астрофизики использовали одноименный радиотелескоп, расположенный в Южно-Африканской Республике — крупнейший и наиболее чувствительный радиотелескоп в южном полушарии. Телескоп состоит из 64 отдельных радиоантенн диаметром 13,5 метра каждая, объединенных в один массив.

Ученые использовали времена прихода сигналов от 83 пульсаров и набрали статистику в 250000 событий со средней ошибкой всего около трех микросекунд. В результате анализа данных астрофизики подтвердили существование фона от гравитационных волн и составили его карту в области частот от 7 до 21 наногерц. Ученые видят на этой карте горячее пятно с p-значением 0,015, однако по их мнению статистической значимости пока недостаточно, чтобы достоверно заявить о наличии выделенного источника фона. Кроме того, как отмечают ученые, p-значение может переоценивать значение анизотропии из-за недоучета космической дисперсии.

Ученые продолжают исследовать фон гравитационных волн, наблюдая за пульсарами. О том как еще можно использовать гравитационные волны для исследования Вселенной можно прочитать в нашем материале «За волной волна».