Astronomiya

Cazibə dalğasının aşkarlanması tezliyi

Cazibə dalğasının aşkarlanması tezliyi

Xəbərlərdə LIGO təcrübəsinin bu yaxınlarda bir cazibə dalğası aşkarladığını eşitmiş ola bilərsiniz.

Astronom olmasam da, kağız yaxşı oxunur və əsasən əlçatandır. Cazibə dalğasının aşkarlanması bir şeydir, amma qara dəliyin birləşməsi mənim üçün tamamilə yenidir. Kağızda və bu saytda toplaya biləcəyim məlumatlardan mənbənin 1,3 milyard il olduğu təxmin edilir və cingiltili yalnız bir neçə milisaniyə davam etdi.

Sualım: bu ölçüdə hadisələrin tezliyi nə qədərdir? Kainatdakı bu cür hadisələrin sıxlığına dair bir qiymətləndirmə varmı?


Harry (2009), bir neçə fərqli mənbədən bəhs etdiyini, bildiyimiz qədər nisbətdə olduğunu bildirdi aşkar edilə bilər hadisələr olacaq

  • İldə 40 neytron ulduzu birləşir
  • Hər il 30 10 M $ _ odot $ qara dəlik birləşməsi
  • İldə 10 neytron ulduzu / qara dəlik birləşməsi

Bu, təxminən 200 Mpc radiusundadır. Bununla belə, bu cür hadisələrin ümumi sürətini ekstrapolyasiya etmək üçün istifadə edilə bilməz, çünki aşkarlama qərəzliliyi - obyektlər nə qədər kütləvi olarsa, onları aşkarlamaq o qədər asandır. Eyni şey ekzoplanetlərdə də olur, lakin fərqli səbəblərdən (məsələn, daha kütləvi və ya ulduzlarına daha yaxın olan planetlərin tranzit və ya radial sürət üsulları ilə aşkarlanması daha asandır).


Bu amplituda aşkarlanan cazibə dalğalarının dərəcəsi və ya qara dəlik ikili birləşməsindən qaynaqlanan cazibə dalğalarının aşkarlanması həm an üçün bilinməyən kəmiyyətlərdir. Bunların ölçülməsi qismən təcrübənin məqsədi.

Algılama dərəcələri, kosmosdakı vahid həcm başına birləşmə nisbətinə çevrilə bilər və bunlar modellər və proqnozlarla müqayisə edilə bilər. ALIGO əməkdaşlığı, həmin mövzuda ilk aşkarlama sonrası sənədini yayımladı - Abbott et al. (2016).

Kəşf edilmiş qara dəliklərin yüksək kütləsi ya metal yoxsul bir mühitdə kütləvi ulduzların nüvəsinin çökməsindən əmələ gəldiklərini və ya daha kiçik qrupların sıx qruplarda birləşməsindən əmələ gəldiklərini nəzərdə tutur. Əvvəllər bu cür obyektlərin birləşməsi üçün proqnozlaşdırılan nisbətlər, istehsal nisbətindəki kütləvi qeyri-müəyyənliklər və bu obyektlərin ikili əmələ gəlməsi mexanizmləri səbəbindən böyük bir diapazonu əhatə edir və ildə bir kubik Gigaparsec başına 0 ilə 1000 arasında dəyişir.

Həqiqətən nəzərdə tutulan dərəcə subay bir BH ikili birləşməsinin (yalnız 16 günlük məlumatdan) $ z = 0.09 $ səviyyəsində təsbit edilməsi hər kub kub Gigaparsec üçün ildə 2 ilə 400 arasındadır. Beləliklə, hazırda bu, həqiqətən çox şey istisna etmir, lakin gələcək aylarda daha bir neçə aşkarla bu rəqəmin qeyri-müəyyənliyinin sürətlə enəcəyi gözlənilir.


Təxmin etdiyiniz kimi, bu sual LIGO komandası üçün böyük maraq doğurur. Kəşfi elan etdiyiniz bəhs etdiyiniz sənədin yayımlanması ilə eyni vaxtda, LIGO qrupu, kəşf haqqında daha ətraflı məlumat və proqnozlar ilə bir sıra yoldaş sənədlərini təqdim etdi. Bunlardan biri sualınıza cavab verir:

GW150914 ətrafındakı inkişaf etmiş LIGO müşahidələrindən çıxarılan ikili qara dəlik birləşmələrinin dərəcəsi

Onların hadisə dərəcəsi qiymətləndirmə metodu həm GW150914, həm də digər əhəmiyyətli dərəcədə zəif (və daha az statistik baxımdan əhəmiyyətli) hadisəni nəzərə alır. Tədbir nisbətinin sistem xüsusiyyətlərindən necə asılı ola biləcəyi üçün bir sıra modelləri nəzərdən keçirirlər və GW150914 və digər namizəd hadisələrinin müşahidələrinin ümumi sürət üçün nəyi nəzərdə tutduqlarını soruşurlar. Nəticələr modeldən modelə dəyişir, ancaq astrofiziki cəhətdən inandırıcı davranışları möhkəmləndirə bildiklərini düşündükləri modelləri seçdilər. Məqalələrində ümumiləşdirildiyi kimi:

Yalnız GW150914 nəzərə alsaq, kainatdakı bütün BBH-lərin bu hadisə ilə eyni kütlələrə və fırlanmalara sahib olduğunu, 100 ildə 1 saxta siqnal həddinin tətbiq olunduğunu və BBH birləşmə nisbətinin yaxınlaşan çərçivədə sabit olduğunu düşündüyümüzdə, 90 % etibarlı aralığında $ 2-53 , mathrm {Gpc} ^ {- 3} , mathrm {yr} ^ {- 1} $ (birləşdirici çərçivə). Hər bir tetikleyicinin astrofizik mənşəyindəki qeyri-müəyyənliyi nəzərə alaraq axtarış həddini keçən bütün tetikleyicileri birləşdirərək, $ 6-400 arasında dəyişən daha yüksək bir nisbət qiymətləndiririk , mathrm {Gpc} ^ {- 3} , mathrm {yr } ^ {- 1} $ BBH kütlə paylanması ilə bağlı fərziyyələrdən asılı olaraq. Birlikdə, müxtəlif dərəcə təxminlərimiz mühafizəkar aralığa düşür $ 2-400 , mathrm {Gpc} ^ {- 3} , mathrm {yr} ^ {- 1} $.

Diqqət yetirin ki, məqalə dərc olunmayıb, təqdim olunmayıb, yəni hələ də nəzərdən keçirilməkdədir. Bu cür hesablamalarda təcrübəsi olan biri kimi danışarkən, metodun bəzi cəhətləri mənə balıq kimi görünür, buna görə də bir neçə həftədən sonra məqaləyə yenidən baxılması üçün yenidən baxmağa dəyər. Buradakı böyüklük sırasının (ildə bir kub gigaparsec başına bir neçə ilə ~ 100 arasında) sağ ballparkda olduğunu görmək üçün xülya metodologiyası lazım deyil. Ancaq sənəd, məlumatlar toplandıqca daha ətraflı və daha dəqiq təxminlər və proqnozlar verə biləcək bir metodologiya təqdim edir, buna görə metodologiyanın düzgün olduğundan əmin olmaq vacibdir.


Cazibə dalğaları: taksonomiya

Cazibə dalğalarını Einşteyn proqnozlaşdırırdı - bəs onlar haradan gəlirlər və kosmosda hansı müxtəlif növlər ola bilər?

Cazibə dalğalarının miqyası eyni zamanda kiçik və nəhəngdir. Yaratdıqları dalğalar demək olar ki, aşkarlanmayacaq qədər cüzi olsa da, dalğa uzunluqları böyük ola bilər: astronomlar tərəfindən kosmosa baxmaq üçün istifadə olunan daha çox tanış olan elektromaqnit dalğalarından çox daha böyükdür.

Bəs cazibə dalğaları nədir? Yerdəki bu dalğalar, hər hansı bir kütlə sürətləndikdə meydana gəlir. Bununla birlikdə, Yerdəki mənbələrdən gələn cazibə dalğalarının heç vaxt aşkarlanması mümkün deyil, çünki Yerdəki cisimlər kifayət qədər kütləvi deyildir və ya kifayət qədər sürətlənmir. Bunun əvəzinə, kütlələrin və hərəkətlərin astronomik miqyasda olduğu kosmosdakı mənbələrdən gələn siqnalları axtarmalıyıq.

Bu yaxınlarda kütləvi səma cisimləri tərəfindən yaradılan cazibə dalğalarının aşkarlanması nəhayət mümkün oldu, beləliklə bunlar kosmosdakı hadisələri və obyektləri müşahidə etmək üçün əlavə bir vasitə kimi istifadə edilə bilər - bu günün astronomları üçün həyəcan verici bir perspektivdir.


Kosmosda yerləşdiriləcək gələcək cazibə dalğa aşkarlama sisteminin bir hissəsi olan LISA peykini göstərən illüstrasiya.
AEI / MM / exozet

A&S-dən daha çox xəbər

Davis laboratoriyası / təmin edilmiş Bu kompozit görüntü, selenyum atomlarının konvensial skan edilmiş tunel mikroskopundan (solda, boz rəngdə) istifadə olunan keçid metodu olan dikalkogenid olan niobiyum diselenidin kristalında yerləşdiyini və skan edilmiş Josephson tunel mikroskopundan istifadə edərək elektron cütlərinin müşahidə olunduğunu göstərir (sağ , mavi).

Arecibo Rəsədxanası Tədqiqatçılara Düşük Frekanslı Cazibə Dalğalarının Mümkün ‘İlk İşarələrini’ tapmağa kömək edir.

Tədqiqatçılar Arecibo Rəsədxanasının məlumatlarını istifadə etsələr də, artıq rəsədxananı istifadə edərək avqust və noyabr aylarında qırılan kabellərdən sonra dekabr ayında çökdüyündən müşahidələr edə bilmirlər.

Robert Wells tərəfindən | 11 yanvar 2021

Puerto-Rikodakı Arecibo Rəsədxanasından alınan məlumatlar yer-zaman əyriliyində aşağı tezlikli pozğunluqların ilk mümkün göstərişlərini aşkar etməyə kömək etmək üçün istifadə edilmişdir.

Nəticələr bu gün Amerika Astronomiya Cəmiyyətinin faktiki olaraq keçirilmiş və 237-ci iclasında təqdim edildi və Astrofizik Jurnal Məktubları. Arecibo Rəsədxanası, kooperativ müqaviləsi əsasında Milli Elm Fondu üçün Mərkəzi Florida Universiteti tərəfindən idarə olunur.

Qarışıqlıqlar bir-birinin ətrafında dönən qara dəliklər və ya neytron ulduzlarının toqquşması kimi inanılmaz dərəcədə nəhəng cisimlərin hərəkəti nəticəsində kosmosda dalğalanan cazibə dalğaları kimi tanınır.

Bu dalğaları, kosmosun tarixi ilə tanış olduqları və tədqiqatçıların cazibə qüvvəsi haqqında keçmiş biliklərini genişləndirdikləri üçün anlamaq vacibdir.

Qravitasiya dalğaları məkan zamanının toxumasını uzadır və sıxırsa da, insanlara təsir göstərmir və cisimlər arasındakı nisbi məsafədəki hər hansı bir dəyişiklik insanın boyunu insan saçının eninin yüzdə bir hissəsindən az dəyişə bilər. , deyə Cozef Simon, Kolorado Universitetindəki Astrofizika və Kosmik Astronomiya Mərkəzinin doktorantı Boulder deyir.

Simon bu gün cəmiyyətdə tapıntıları təqdim etdi, məqalənin aparıcı tədqiqatçısı və Qravitasiya Dalğaları üçün Şimali Amerika Nanohertz Rəsədxanasının və ya tədqiqatı aparan NANOGrav qrupunun üzvüdür.

NANOGrav, ümumi məqsədi aşağı tezlikli cazibə dalğaları istifadə edərək kainatı öyrənmək olan ABŞ və Kanadadan 100-dən çox astronomdan ibarət bir qrupdur.

2015-ci ildə NSF’nin Lazer İnterferometri Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası (LIGO) elektromaqnit dalğalarının müdaxiləsindən istifadə edən bir ölçmə metodu olan interferometriyadan istifadə edərək yüksək tezlikli cazibə dalğalarının ilk birbaşa müşahidəsini həyata keçirdi.

NANOGrav tədqiqatçılarının yeni tapıntıları bənzərsizdir, çünki astronomlar aşağı tezlikli cazibə dalğalarının mümkün tellərini radio teleskoplarından istifadə edərək tapdılar, çünki LIGO tərəfindən aşkar edilə bilməzlər. Hər iki frekans da kainatı anlamaq üçün vacibdir.

Tədqiqatın açarı NSF tərəfindən maliyyələşdirilən iki alət idi - Qərbi Virciniyada Yaşıl Bank Teleskopu və Puerto Rikoda Arecibo Rəsədxanası.

Simon deyir ki, Arecibo Rəsədxanası, 1000 fut diametrli yeməyi ilə çox dəqiq məlumatlar verdi, daha böyük səma əhatə dairəsinə sahib olan Yaşıl Bank Teleskopu, cazibə dalğası narahatlıqlarını digər təsirlərdən ayırmaq üçün lazım olan daha geniş məlumat nümunəsini götürdü.

"Hər teleskopla pulsarların təxminən yarısını vaxt keçiririk" deyir. "Hər teleskop ümumi həssaslığımızın təxminən yarısını tamamlayıcı bir şəkildə təmin edir."

Tədqiqatçılar tədqiqat üçün Arecibo məlumatlarını istifadə etsələr də, rəsədxananın dekabr ayında avqust və noyabr aylarında qırılan kabellərin ardınca çökdüyü üçün artıq onunla müşahidələr edə bilmirlər.

"Teleskopun çökdüyü gün həqiqətən qorxunc bir gün idi" deyir Simon. “Yaxşı bir dostumuzun itkisi kimi hiss olunur və Puerto Rikodakı dostlarımız və həmkarlarımız üçün çox kədərlənirik. İrəliləyərək, Arecibo'nun itkisini ən azı qismən kompensasiya etmək üçün Green Bank Teleskopunda istifadə etdiyimiz vaxtı artıracağımıza ümid edirik. Bu tədqiqat sahəsinin çiçəklənməsini istəyiriksə, ABŞ-da başqa bir böyük toplama sahəsi radio teleskopu tezliklə tikilməlidir. ”

Tədqiqatçılar, teleskoplar vasitəsi ilə kiçik, sıx, fırlanan ulduzlar olan Yer kürəsinə doğru radio dalğalarının impulslarını göndərən pulsarlardan gələn siqnalları öyrənməklə aşağı tezlikli cazibə dalğalarının mümkün göstərişlərini aşkar edə bildilər. Bu qanunauyğunluq onları astronomik tədqiqatda faydalı edir və tez-tez kainatın zaman qoruyucusu olaraq adlandırılırlar.

Cazibə dalğaları onların qanunauyğunluqlarını kəsə bilər və Yer üzünə gələn pulsar siqnallarında sapmalara səbəb olur və bu da Yerin mövqeyinin bir qədər dəyişdiyini göstərir.

Eyni zamanda göyə səpələnmiş və “pulsar zamanlama seriyası” olaraq bilinən bir çox pulsardan gələn müntəzəm siqnalların vaxtını öyrənərək NANOQrav, yerin çəkildiyi və daraldığı yerin cazibə dalğaları səbəbiylə yerdəki dəqiqəlik dəyişiklikləri təyin edə bildi. vaxt.

NANOGrav, cazibə dalğaları xaricində bəzi təsirləri, məsələn Günəş sistemindəki maddənin müdaxiləsi və ya məlumat toplanmasında bəzi səhvləri istisna edə bildi.

Bir imzanın aşağı tezlikli cazibə dalğalarından birbaşa aşkarlanmasını təsdiqləmək üçün NANOGrav tədqiqatçıları fərdi impulslar arasındakı siqnallarda fərqli bir model tapmalı olacaqlar. Bu nöqtədə, tədqiqatçılara görə belə bir nümunənin fərqlənə bilməsi üçün siqnal çox zəifdir.

Siqnalın artırılması NANOGrav-dan verilənlər bazasının daha da uzun müddət tədqiq edilmiş daha çox pulsar daxil etməsi üçün genişləndirilməsini tələb edir ki, bu da serialın həssaslığını artıracaqdır. Əlavə olaraq, NANOGrav & # 8217s məlumatlarını digər pulsar zamanlama sıra təcrübələrindəki məlumatlarla bir araya gətirmək, Beynəlxalq Pulsar Zamanlama Array-nın ortaq səyi, belə bir qanunauyğunluğu ortaya qoya bilər. Beynəlxalq Pulsar Zamanlama Array, dünyanın ən böyük radio teleskoplarından istifadə edən tədqiqatçıların iş birliyidir.

Eyni zamanda, NANOGrav, aşkar edilmiş siqnalın başqa bir mənbədən ola bilməməsini təmin etmək üçün texnika inkişaf etdirir. Saxta aşkarlanmamaq üçün aşkarlanan səs-küyün cazibə dalğaları xaricindəki təsirlərdən qaynaqlana biləcəyini yoxlamağa kömək edən kompüter simulyasiyaları istehsal edirlər.

Simon deyir: "Verilənlərdən belə güclü bir siqnal çıxdığını görmək olduqca həyəcanlıdır". “Lakin axtardığımız cazibə dalğa siqnalı müşahidələrimizin bütün müddətini əhatə etdiyi üçün səs-küyümüzü diqqətlə anlamalıyıq. Bu, bizi çox maraqlı bir yerdə qoyur, burada bəzi məlum səs-küy mənbələrini qətiyyətlə istisna edə bilərik, amma hələ siqnalın cazibə dalğalarından olub olmadığını deyə bilmərik. Bunun üçün daha çox məlumata ehtiyacımız olacaq. ”

Arecibo Rəsədxanasının alimi Benetge Perera, cazibə dalğalarının aşkarlanması üçün pulsar müşahidələrindən istifadə edən bir mütəxəssisdir və araşdırmanın cazibə dalğa tezliklərinin spektrində yeni bir pəncərə açmağı hədəflədiyini söyləyir.

& # 8220A, aşağı tezlikli cazibə dalğasının aşkarlanması, supermassive qara dəlik ikili sənədləri, qalaktika təkamülü və kainat haqqında anlayışımızı artıracaqdı ”dedi. NANOGrav-un üzvü olan Perera da.

Arecibo Rəsədxanasının dağılmasına baxmayaraq, cazibə dalğaları haqqında öyrənməyə davam etmək üçün hələ də arxivləşdirilən çox məlumatın olduğunu söyləyir.

"Arecibo, zamanlama məlumatları NANOGrav & # 8217s'ın cazibə dalğalarına qarşı həssaslığının yüzdə 50-ni təmin etdiyi üçün çox vacib idi" deyir. "Arecibo'nun çöküşündən əvvəl topladığımız həssas məlumatların mümkün olan ən yüksək elmi təsirə sahib olmasını təmin etmək istəyirəm. & # 8221


NANOGrav, aşağı tezlikli cazibə dalğalarının mümkün ‘İlk göstərişlərini’ tapır

13 il ərzində toplanan və təhlil edilən məlumatlara görə, Şimali Amerika Nanohertz Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası (NANOGrav) cazibə dalğalarına aid edilə bilən maraqlı bir aşağı tezlikli siqnal tapdı. Bir-birinin ətrafında dövr edən qara dəliklər və ya neytron ulduzların toqquşması kimi inanılmaz dərəcədə nəhəng cisimlərin hərəkətləri nəticəsində meydana gələn cazibə dalğaları, ənənəvi teleskoplar tərəfindən müşahidə edilə bilməyən fəzadakı dalğalardır.

Uzaqdakı pulsarlardan gələn siqnalları araşdıran NANOGrav tədqiqatçıları - sürətlə fırlanan kiçik, sıx ulduzlar, fənər kimi şüalanmış radio dalğaları yayırlar - qravitasiya dalğalarının təsirlərini göstərə biləcək məlumatları toplamaq üçün radio teleskoplarından istifadə etdilər. Araşdırmaları 2021-ci ilin yanvar sayında nəşr olunan iki araşdırmada təqdim edildi Astrofizik Jurnal Əlavələri .

"Bu elan son sənədlər toplusunu bir araya gətirdi və verilənlər bazasında cazibə dalğalarına aid edilə bilən bir siqnalın aşkarlanmasının ilk nümayişidir" dedi Universitetin Astronomiya Bölməsinin köməkçi tədqiqat alimi Elizabeth Ferrara. Maryland və tədqiqatın həmmüəllifi olan NASA tədqiqat alimi. “Hazırda siqnal əhəmiyyətlidir, lakin NANOGrav hələ mənbəyi cazibə dalğalarına bağlaya bilmir. Ancaq bu, cazibə kainatındakı növbəti pəncərənin açılması üçün zəruri bir ilk addımdır. ”

Əlavə işlər tədqiqatçılara cazibə dalğalarını aşkar edib-etmədiklərini və haradan gəldiklərini təsdiqləməyə kömək edəcəkdir.

Tədqiqat sənədlərinin aparıcı tədqiqatçısı Joseph Simon, "Verilənlərdən belə güclü bir siqnal çıxdığını görmək olduqca həyəcan verici" dedi. “Lakin axtardığımız cazibə dalğa siqnalı müşahidələrimizin bütün müddətini əhatə etdiyi üçün səs-küyümüzü diqqətlə anlamalıyıq. Bu, bizi çox maraqlı bir yerdə qoyur, burada bəzi məlum səs-küy mənbələrini qətiyyətlə istisna edə bilərik, amma hələ siqnalın cazibə dalğalarından olub olmadığını deyə bilmərik. Bunun üçün daha çox məlumata ehtiyacımız olacaq. ”

NANOGrav, cazibə dalğaları xaricindəki şeylərin, məsələn, öz günəş sistemimizdəki maddənin müdaxiləsi və ya məlumat toplanmasında bəzi səhvlər kimi bəzi təsirləri istisna edə bilmişdir. Bu yeni tapıntılar, dünyanın ən böyük radio teleskoplarından istifadə edən tədqiqatçıların iş birliyi olan NANOGrav və Beynəlxalq Pulsar Zamanlama Arrasının (IPTA) digər üzvləri üçün mümkün olan növbəti böyük addım kimi cazibə dalğalarının birbaşa aşkarlanmasını qurdu.

NANOGrav, pulsarlardan gələn siqnalları araşdırmağı seçdi, çünki onlar aşkar edilə bilən, etibarlı qalaktik saatlar kimi xidmət edir. Bu kiçik, sıx ulduzlar sürətlə fırlanır və radio dalğalarının zərbələrini Yer kürəsinə doğru aralıqlarla göndərir. Pulsarlar əslində ümumiyyətlə kainatın zaman qoruyanları olaraq adlandırılır və bu unikal xüsusiyyət onları astronomik tədqiqat üçün faydalı etmişdir.

Lakin cazibə dalğaları bu müşahidə olunan qanunauyğunluğu poza bilər, çünki dalğalanmalar məkan zamanının kiçik ölçüdə uzanmasına və daralmasına səbəb olur. Bu dalğalar, dünyaya gələn pulsar siqnalları üçün gözlənilən dövrlərdə son dərəcə kiçik sapmalarla nəticələnir. Bu cür sapmalar Yerin mövqeyinin bir az dəyişdiyini göstərir.

Eyni zamanda göyə səpələnmiş və “pulsar zamanlama massivi” kimi tanınan bir çox pulsardan gələn müntəzəm siqnalların vaxtını öyrənərək NANOGrav, yer-yerin çəkildiyi və daraldığı cazibə dalğaları səbəbiylə Yerin mövqeyindəki dəqiqəlik dəyişiklikləri aşkar etmək üçün çalışır.

Milli Elm Fondunun (NSF) cazibə fizikası üzrə proqram direktoru Pedro Marronetti, "NANOGrav, on ildən çoxdur ki, aşağı tezlikli cazibə dalğalarının ilk aşkarlanmasına başlayır və bugünkü açıqlama bu hədəfə çatmaq üçün yolda olduqlarını göstərir" dedi. "Kosmologiya və qalaktika meydana gəlməsi mövzusunda əldə edəcəyimiz fikirlər həqiqətən misilsizdir."

NANOGrav ABŞ və Kanadalı astrofiziklərin iş birliyidir və NSF Fizika Sərhədlər Mərkəzidir (PFC). NANOGrav PFC-nin həmmüəllifi Maura McLaughlin, "NANOGrav PFC-nin dəstəyinə görə çox minnətdarıq, bu da həm təyin olunan pulsar sayını, həm də məlumat analizi üzərində işləyən iştirakçı sayını kəskin şəkildə artırmağa imkan verdi. son altı il. ”

NANOGrav, pulsar zamanlama seriyasını, ən stabil dönən 47 "milisaniyə pulsarı" nı öyrənərək yaratdı. Astrofizik Jurnal Əlavələri. NANOGrav-un axtardığı siqnalları aşkar etmək üçün bütün pulsarlar istifadə edilə bilməz - yalnız ən sabit fırlanan və ən uzun müddət tədqiq edilmiş pulsarlar edəcəkdir. Bu pulsarlar saniyədə yüzlərlə dəfə fırlanır və cazibə dalğalarının aşkarlanması üçün lazım olan dəqiqliyi əldə etmək üçün inanılmaz bir sabitlik qazanır.

Öyrənilən 47 pulsardan 45-nin təhlil üçün istifadə etmək üçün ən azı üç illik məlumat toplusu var. Veriləri araşdıran tədqiqatçılar, bir neçə pulsarda eyni olan aşağı tezlikli səs-küy xüsusiyyəti olan bir spektral imza aşkar etdilər. Vaxt dəyişikliyi NANOGrav tədqiqatları o qədər kiçikdir ki, hər hansı bir pulsar tədqiq edilərkən dəlillər görünmür, lakin ümumilikdə əhəmiyyətli bir imza əlavə edirlər.

Potensial Növbəti addımlar

Qravitasiya dalğalarından bir imzanın birbaşa aşkarlanmasını təsdiqləmək üçün NANOGrav tədqiqatçıları ayrı-ayrı pulsarlar arasındakı siqnallarda fərqli bir qanunauyğunluq tapmalıdırlar. Bu nöqtədə siqnal belə bir nümunəni ayırd etmək üçün çox zəifdir. Siqnalın artırılması NANOGrav-dan verilənlər bazasının daha da uzun müddət tədqiq edilmiş daha çox pulsar daxil etməsi üçün genişləndirilməsini tələb edir ki, bu da serialın həssaslığını artıracaqdır. Əlavə olaraq, NANOGrav məlumatlarını digər pulsar zamanlama sıra təcrübələrindəki məlumatlarla bir araya gətirərək, IPTA-nın birgə səyi belə bir qanunauyğunluğu ortaya çıxara bilər.

Eyni zamanda, NANOGrav, aşkar edilmiş siqnalın başqa bir mənbədən ola bilməməsini təmin etmək üçün texnika inkişaf etdirir. NanoGrav tədqiqatçıları, səhv aşkarlanmamaq üçün aşkarlanan səs-küyün cazibə dalğaları xaricindəki təsirlərdən qaynaqlana biləcəyini yoxlamağa kömək edən kompüter simulyasiyaları istehsal edirlər.

"Qulsitasiya dalğalarını bir pulsar zamanlama seriyası ilə aşkar etməyə çalışmaq səbr tələb edir" dedi Scott Ransom, Milli Radio Astronomiya Rəsədxanasından və NANOGrav-un hazırkı kafedrasından. “Hal-hazırda on ildən artıq bir məlumatı təhlil edirik, amma qəti bir aşkarlama, ehtimal ki, bir neçə daha çox şey alacaq. Bu yeni nəticələrin aşkarlanmağa yaxınlaşdıqda gözlədiyimiz kimi olması çox yaxşıdır. ”

Uzaq cisimlərdən gələn işıq kimi, cazibə dalğaları da qara dəliklər kimi “qaranlıq” cisimlərin anlaşılması üçün böyük potensiala sahib olan bir kosmik peyğəmbər siqnalıdır. 2015-ci ildə NSF’nin Lazer İnterferometri Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası (LIGO) qravitasiya dalğalarının ilk birbaşa müşahidəsini etdi.

LIGO və onun həmkarları, Avropada Qız və Yaponiyada Kagra, yüksək tezlikli cazibə dalğalarını aşkar etmək üçün məqsədyönlü interferometriya qurğularından istifadə edirlər. Bununla birlikdə, LIGO, Qız və Kagra tərəfindən aşkarlanan keçici siqnallardan fərqli olaraq, aşağı tezlikli cazibə dalğaları davamlıdır və uzun illərin aşkarlanması üçün məlumatlar tələb olunur. Son on ildə NANOGrav, mövcud qara tellərin və qalaktikaların necə birləşdiyini də daxil olmaqla astrofizikada uzun müddətdir suallara cavab verməyə potensialı olan bu aşağı tezlikli cazibə dalğalarının sübutlarını axtarmaq üçün mövcud radio teleskoplarını istifadə etdi.

Bu hekayə NANOGrav tərəfindən verilən mətndən uyğunlaşdırılmışdır.

Bu iş Milli Elm Fondu (NSF) Fizika Sərhədləri Mərkəzi (Mükafat No. 1430284). NANOGrav, NSF dəstəkli iki alətin məlumatlarını istifadə edir: Yaşıl Bank Teleskopu Associated Universities, Inc. şirkətinin kooperativ razılığı ilə Qərbi Virciniyada fəaliyyət göstərən Milli Elm Fondunun bir təsisi və Arecibo Rəsədxanası, Milli Elm Fondunun bir müəssisəsi fəaliyyət göstərirdi Porto RikodaMərkəzi Florida Universiteti (UCF) tərəfindən Universidad Ana G. Méndez (UAGM) və Yang Enterprises (YEI), Inc ilə ittifaqda işbirliyi müqaviləsi (# AST-1744119).

Media əlaqələri: Kimbra Cutlip, 301-405-9463, [email protected]

Maryland Universiteti
Kompüter, Riyaziyyat və Təbiət Elmləri Kolleci
2300 Symons Hall
College Park, Md. 20742
www.cmns.umd.edu
@UMDscience

Kompüter, Riyaziyyat və Təbiət Elmləri Kolleci haqqında
Merilend Universitetinin Kompüter, Riyaziyyat və Təbiət Elmləri Kolleci hər il lisenziya və magistr proqramlarında 9000-dən çox gələcək elmi rəhbər yetişdirir. Kollecin 10 şöbəsi və ondan çox fənlərarası tədqiqat mərkəzi illik 200 milyon dolları aşan tədqiqat maliyyəsi ilə elmi kəşfləri təşviq edir.


Ümumi aşkarlama mənbələri

  • LSC nəşrlərinin tam siyahısı. (İlk aşkarlamanı izləyən sənədlər üçün O1 və daha yüksək sürətlərə baxın.): ​​LIGO / Qız məlumatlarını yükləyin və ya cazibə dalğası məlumat analizinə dair dərsləri araşdırın. LIGO / Qız məlumatlarını yükləmək üçün onların məlumat yayım səhifəsinə də baxın. və LIGO layihəsinin qısa tarixi.
  • GW150914 üçün Caltech Media Assets səhifəsi bir çox faydalı sənəd, qrafika və video ehtiva edir. : Məlum ulduz kütləsindəki qara dəlikləri və kütlə ölçmələri olan neytron ulduzlarını göstərən interaktiv qrafik. (Northwestern / Frank Elavsky / LIGO-Qız): Qravitasiya dalğası namizədlərindən və rentgen ikili sənədlərindən bilinən ulduz kütləsindəki qara delikləri göstərən interaktiv qrafik. (Cardiff Universiteti Fizika və Astronomiya Fakültəsi / Chris North): Qravitasiya dalğası təsbitlərinin və namizədlərin xüsusiyyətlərini göstərən interaktiv süjet. (Cardiff Universiteti Fizika və Astronomiya Fakültəsi / Chris North): LIGO-Qız (Cardiff Universiteti Fizika və Astronomiya Fakültəsi / Chris North) tərəfindən aşkarlanan cazibə-dalğa siqnallarının formalarını göstərən interaktiv cazibə dalğa forması görüntüləyicisi: LIGO-nu izah edən bir veb sayt qravitasiya dalğaları və səs siqnalları arasındakı bənzətmə ilə təsbitlər və cazibə dalğa fizikası. (Montclair Dövlət Universiteti / Marc Favata): Kainatın görüntülərini bir sıra dalğa boylarında müqayisə etməyə imkan verən interaktiv bir vasitədir. Həm də aşkar edilmiş cazibə-dalğa siqnallarının yerlərini göstərir. (Cardiff Universiteti Astronomiya və Astronomiya Alətləri Qrupları): Qəza təsnifatını yaxşılaşdıraraq LIGO-ya cazibə dalğaları axtarmağa kömək edən bir vətəndaş elmi layihəsi. : cazibə dalğası, radio və qamma-şüa məlumatlarından istifadə edərək pulsarların axtarılmasına kömək etmək üçün kompüterinizin boş işləmə müddətindən istifadə edin. : Cazibə dalğaları və K-12 elm standartlarına uyğun sinif işləri ilə əlaqəli arxa plan materialını ehtiva edir. (Sonoma Dövlət Universiteti) LIGO Lab saytında ev sahibliyi etdi. , Facebook səhifəsi və Twitter səhifəsi.
  • İlk iki LIGO algılamasından "Chirp" melodiya. (Təlimat). GW150914 [m4r faylı (iPhone) | mp3 faylı (Android)] GW151226 [m4r faylı (iPhone) | mp3 faylı (Android)]

Oregon State University: Oregon State, aşağı tezlikli cazibə dalğaları vasitəsi ilə kainatı anlamaq üçün 17 milyon dollar səy göstərir

Oregon Dövlət Universiteti, kainatı aşağı tezlikli cazibə dalğaları, zaman məkanının toxunduğu dalğalar vasitəsilə öyrənərək fizika biliklərinin sərhədlərini yüksəltməyə həsr olunmuş 17 milyon dollar dəyərində Milli Elm Fondunun mərkəzidir.

Fiziki Sərhədlər Mərkəzi olaraq NSF tərəfindən maliyyələşdirilən, Qravitasiya Dalğaları üçün Şimali Amerika Nanohertz Rəsədxanası və ya NANOGrav, OSU-nun tədqiqat qrupu, OSU Elm Kollecinin fizika professoru Xavier Siemensin rəhbərliyi altında fəaliyyət göstərir.

2019-cu ildə Oregon Dövlət fakültəsinə qoşulan Siemens, daha əvvəl NSF-nin 14.5 milyon dollar mükafatı ilə 2015-ci ildə başladığı Wisconsin-Milwaukee Universitetindəki NANOGrav Fizika Sərhəd Mərkəzini idarə etdi.

Yeni beş illik qrant Siemens və Qərbi Virciniya Universitetinin astronomu Maura McLaughlin-in ortaq rejissorluğu ilə yenilənir. OSU-nun Davide Lazzati və Oregon əyalətindəki təxminən 20 məzun və lisenziya tələbəsi daxil olmaqla 18 universitetdə təxminən 200 astrofizika tədqiqatçısı ilə işbirliyini maliyyələşdirməyə kömək edəcəkdir. Siemens, OSU'dan hər il təxminən 600.000 dollar alacağını söylədi.

Cazibə dalğaları ilk dəfə Laser Interferometer Cazibə-Dalğa Rəsədxanası tərəfindən 2015-ci ilin sentyabrında Albert Einstein-ın 1915 ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin əsas proqnozlarından birini təsdiqləyən fizika və astronomiyada bir mərhələ hadisəsi olaraq müşahidə edildi.

Tədqiqatçılar, iki qara dəliyin toqquşması nəticəsində yaranan bu cazibə dalğalarını Luiziana, Livingston və Washington, Hanford'daki əkiz LIGO interferometrləri istifadə edərək aşkar etdilər. Siemens, bu növ "qara dəlik ikili" lərinin yaratdığı LIGO tərəfindən təsbit olunan cazibə dalğalarının, təxminən 100 hert və ya saniyədə 100 dövr frekanslarına sahib olduğunu söylədi. LIGO, NSF tərəfindən maliyyələşdirilən beynəlxalq bir əməkdaşlıqdır.

"LIGO-nun təsbit etdiyi 11 əmsalın altındakı frekanslarla cazibə dalğaları axtarırıq" dedi. “Vakumlu borular, radio pulsarlar və radio teleskopların sonunda lazer və güzgü əvəzinə istifadə edirik. Bu pulsarları göyə yayılmış saatlar kimi istifadə edə bilərik və qalaktikamızdan keçən cazibə dalğalarından saatların tıqqıltılarının necə dəyişdiyini görə bilərik. ”

Pulsarlar sürətlə supernovalar kimi partlamış kütləvi ulduzların qalıqlarını fırladır və bir qrupu pulsar zamanlama seriyası və ya PTA olaraq bilinən son dərəcə qanunauyğunluqla radio dalğalarının nəbzlərini göndərirlər.

NANOGrav, Qərbi Virciniyadakı Yaşıl Bank Teleskopu, New Mexico'daki Çox Böyük Array və Kanadada Kanadalı Hidrogen intensivliyi Xəritəçəkmə Təcrübəsi ilə cazibə dalğa siqnallarını axtaracaq.

Siemens izah edir ki, bir çox super kütləvi qara dəlik birləşməsindən qravitasiya dalğa siqnallarının “xorunu” aşkar etmək üçün bir PTA istifadə edərək - cazibə dalğalarının stoxastik bir fonu kimi təsvir edilir - tək bir dalğanı tək bir qaradan aşkarlamaqdansa, kainatı dərk etmək üçün daha çox vəd verir. deşik ikili toqquşma.

"Hər siqnal bir nota bənzəyir və biz bu qeydlərdən birindən sonra deyilik - bütün xoru eşitmək istəyirik" dedi. "Kainatda birləşən bütün super kütləvi qara dəlik ikili sənədlərinin kollektiv xorunu eşitmək istəyirik."

Süper kütləvi qara dəliklər günəş kütləsindən milyonlarla milyard qat çox olan ən böyük qara dəlik növüdür və qalaktikaların mərkəzindədirlər.

Siemens "Qravitasiya dalğa siqnalının ilk göstərişlərini onsuz da görmüş ola bilərik" dedi. "Bu mərkəz tədqiqatçıların bütün fizika və astronomiyada ən maraqlı cəbhələrdən birini araşdırmaq üçün lazımlı mənbələrə sahib olmasını təmin edəcəkdir."

Oregon State, NSF Fizika Sərhədləri Mərkəzinə ev sahibliyi edən 11 qurumdan biridir və Pasifik 12 Konfransından üçü biridir, digər iki Pac-12 məktəbi Kaliforniya Universiteti, Berkeley və Kolorado Universitetidir. Fizika sərhədləri ərazilərinin siyahısını tamamlayan Rochester Universiteti Princeton Universiteti, İllinoys Universiteti Rice Universiteti Massachusetts Texnologiya İnstitutu Caltech Michigan State and Maryland University.

Digər mərkəzlərin tədqiqat sahələri nəzəri bioloji fizikadan və canlı hüceyrələrin fizikasından kvant məlumatlarına və nüvə astrofizikasına qədərdir.


Kosmosa nüfuz edən aşağı tezlikli cazibə dalğalarının mümkün ilk göstərişləri

P hysics'in bir ssistant P rofessoru və bir stronomiya Stephen Taylorun rəhbərlik etdiyi Vanderbilt astrofizikləri, digər qalaktikalarda birləşən supermassive qara dəliklərdən aşağı tezlikli cazibə dalğalarının ilk göstərişlərini tapmış ola biləcək bir qrup tədqiqatçıdır. Məlumat Şimali Amerika Nanohertz Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanasında toplandı və analiz edildi.

Stephen Taylor

“NANOGrav 12.5 illik məlumat dəsti: İzotropik bir stoxastik cazibə-dalğa fonu axtarın” adlı məqalə, 2020-ci il dekabr sayında dərc edildi Astrofizik Jurnal Məktubları və 11 yanvarda Amerika Astronomiya Cəmiyyətinin virtual iclasında bir brifinqdə müzakirə edildi.

Milli Elm Fondunun bir xəbərinə görə, cazibə dalğaları, qara dəliklər kimi “qaranlıq” cisimlərin anlaşılması üçün böyük potensiala sahib olan kosmik bir xəbərdarlıq siqnalıdır. Astronomlar bu dalğaları ulduzlar və qalaktikalar kimi teleskopla müşahidə edə bilmirlər. Bunun əvəzinə cazibə dalğalarının keçdiyi təsirləri, yəni cisimlərin dəqiq mövqeyindəki kiçik dəyişiklikləri - Yerin özü də daxil olmaqla ölçürlər.

NANOGrav pulsarlardan etibarlı siqnalları araşdırmağı seçdi. Ümumiyyətlə kainatın zaman qoruyucusu olaraq adlandırılan kiçik, sıx ulduzlar sürətlə fırlanır və dəqiq aralıqlarla Yerə doğru radio dalğalarının zərbələrini göndərir. Bənzərsiz xüsusiyyəti onları astronomik tədqiqat üçün faydalı etmişdir.

Saniyədə yüz dəfə dönən 47 ən sabit dönən “milisaniyə pulsarı” ndan 45-i hər biri ən az üç il olan məlumat dəstləri təqdim etdi. Bu miqdarda məlumat, Taylor və həmkarlarına çoxsaylı pulsarlar arasında aşağı tezlikli imzanı təyin etməyə imkan verdi.

NANOGrav Pulsar Zamanlaması (NANOGrav / T. Klein)

Bu tədqiqatın tapıntıları cazibə kainatı haqqında daha geniş bir anlayışın ilk addımını təmsil edir. “ This is a very important milestone in the search for low frequency gravitational waves ,” Taylor said . “ The discovery of this signal in common across many of our precisely timed pulsars could be the tantalizing first hint of gravitational waves. We can’t say for sure yet, but we expect to know within the next couple of years. ”

Definitive detection of gravitational waves will take time and innovative techniques. “The Vanderbilt group has a central position in the leadership of this research and in the development of the sophisticated tools being used to carry out the search es,” Taylor said. “ The next year or two are going to be very exciting !” The work also builds on Taylor’s previous research to determine the precise center of gravity of our solar system .

“ NANOGrav has been building to the first detection of low frequency gravitational waves for over a decade , and today’s announcement shows that they are on track to achieving this goal,” said Pedro Marronetti , NSF p rogram d irector for gravitational physics. “The insights that we will gain on cosmology and galaxy formation are truly unparalleled.”

The NANOGrav project receives support from National Science Foundation Physics Frontiers Center award No. 1430284. The Arecibo Observatory is a facility of the National Science Foundation operated under cooperative agreement (#AST-1744119) by the University of Central Florida in alliance with Universidad Ana G. Méndez and Yang Enterprises Inc. The Green Bank Observatory is a facility of the National Science Foundation operated under cooperative agreement by Associated Universities Inc. Taylor’s work is also supported by the National Science Foundation, award No. 2007993.


A different kind of gravitational wave detector

Physicists Jason Hogan and Mark Kasevich are developing a smaller-scale technique for measuring gravitational waves. Credit: L.A. Cicero

Hidden deep in a basement at Stanford stands a 10-meter-tall tube, wrapped in a metal cage and draped in wires. A barrier separates it from the main room, beyond which the cylinder spans three stories to an apparatus holding ultra-cold atoms ready to shoot upward. Tables stocked with lasers to fire at the atoms—and analyze how they respond to forces such as gravity—fill the rest of the laboratory.

The tube is an atom interferometer, a custom-built device designed to study the wave nature of atoms. According to quantum mechanics, atoms exist simultaneously as particles and waves. The Stanford instrument represents a model for an ambitious new instrument ten times its size that could be deployed to detect gravitational waves—minute ripples in spacetime created by energy dissipating from moving astronomical objects. The instrument also could shed light on another mystery of the universe: dark matter.

Stanford experimental physicists Jason Hogan and Mark Kasevich never intended for their device to be implemented this way. When Hogan began his graduate studies in Kasevich's lab, he focused instead on testing gravity's effects on atoms. But conversations with theoretical physicist Savas Dimopoulos, a professor of physics, and his graduate students—often lured downstairs by an espresso machine housed directly across the hall from Kasevich's office—led them to start thinking about its utility as a highly sensitive detector.

"We were just talking physics, as physicists often do," says Kasevich, a professor of physics and applied physics at Stanford's School of Humanities and Sciences. One thing led to another and the group landed on a bold plan for creating an atom interferometer capable of detecting gravitational waves that no one has seen before.

Their idea fits into another wave sweeping through physics, one that involves co-opting exquisitely sensitive instruments developed for other purposes to answer fundamental questions about nature.

A new detection method

In 2015, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detected a brief signal from a 1.3 billion-year-old collision between two supermassive black holes. Since then, LIGO has cataloged more gravitational waves passing through Earth, providing astronomers with a powerful new lens with which to study the universe.

Gravitational waves are ripples in space-time, much like ocean waves—except they distort space, not water. In theory, any accelerating mass, whether a waving hand or an orbiting planet, produces gravitational waves. These movements, however, occur at levels far below our ability to detect them. Only gravitational waves from immense astronomical phenomena cause large enough shifts in space-time that they can be recognized by sensors on Earth.

Just as different frequencies make up the electromagnetic spectrum, gravitational waves also vary. LIGO and other current gravitational wave detectors sense a very narrow range—high-frequency waves such as those from the moment two black holes collide—but other parts of the gravitational wave spectrum remain unexplored. And just as astronomers can learn new things about a star by studying its ultraviolet light versus its visible light, analyzing data from other gravitational wave frequencies could help solve mysteries of space that are currently out of reach, including those about the early universe.

"We identified a region of the spectrum that wasn't well-covered by any other detector, and it happened to be a match for the methods that we were already developing," said Hogan, an assistant professor of physics in the School of Humanities and Sciences.

During Hogan's graduate studies, he and his colleagues constructed the 10-meter-tall atom interferometer to test some of their ideas. However, in order to increase the sensitivity of the device—necessary to detect space-time wiggles smaller than the width of a proton—they need a bigger detector. And thus the 100-meter Matter-wave Atomic Gradiometer Interferometric Sensor, or MAGIS-100, experiment was born.

With help from a $9.8 million grant from the Gordon and Betty Moore Foundation, scientists plan to make an existing underground shaft at Fermilab, a Department of Energy National Laboratory in Illinois, MAGIS-100's new home.

"You can find holes in the ground, but it's kind of hard to find a hole in the ground with a lab attached to it," said Rob Plunkett, a senior scientist at Fermilab involved with the project.

Conceptually, MAGIS-100 will work similar to LIGO. Both experiments harness light to measure the distance between two test masses, much like radar ranging. But while LIGO has mirrors, MAGIS-100 favors atoms.

"The atom turns out to be an amazing test mass for these purposes," said Hogan. "We have very powerful techniques for manipulating it and allowing it to be insensitive to all the background sources of noise."

LIGO's mirrors hang on glass threads, meaning that an earthquake could set off its sensors. MAGIS-100, on the other hand, has measures in places to prevent such sources of extraneous noise from affecting its data.

After being cooled to a fraction of a degree above absolute zero, the atoms are dropped vertically into the shaft like dripping water droplets from a faucet. The frigid temperature puts the atoms into a state of rest, so they remain still as they fall, and because the shaft is a vacuum, the atoms plummet without risk of veering off course. The shaft's vertical orientation also ensures that a shaking Earth won't affect the measurements.

Lasers then manipulate the falling atoms and the team can measure how long they are in an excited state. Hogan and Kasevich hope to employ strontium as their test mass—the same element used in atomic clocks—to determine whether there are any time delays when light excites atoms. A delay would suggest a gravitational wave passed through.

In addition, MAGIS-100 scientists can use the atomic data to test predictions made by dark matter models. According to some models, the presence of dark matter could lead to variations in atomic energy levels. The supersensitive laser technology allows Plunkett and collaborators to look for these variations.

MAGIS-100 is a prototype, another step toward building an even larger device that would be many times more sensitive. Hogan and Kasevich said they envision one day building something on the scale of LIGO, which is 4-kilometers long.

Because a future full-scale MAGIS-100 should detect low-frequency gravitational waves around 1 Hertz, such as those emitting from two black holes orbiting around each other, it could identify the same events that LIGO has already seen, but before the masses actually collide. The two experiments could thus complement one another.

"We could make a detector that could see the same system, but much, much younger," said Hogan.

Advanced MAGIS-style detectors might also find sources of gravitational waves that fly under LIGO's radar. Primordial gravitational waves, for example, produced moments after the Big Bang.

"Detecting gravitational waves that originated from the early universe can shed light on what actually happened," said Kasevich.

No one knows the frequencies of these primordial gravitational waves or whether the future large-scale detector can pick them up. Hogan said that he believes as many detectors as possible should be built in order to cover a broad range of frequencies and simply see what is out there.

"The known sources that are exciting are these LIGO-like sources," said Hogan. "Then there are the unknown, which we should be open to as well."


Race to detect gravitational waves intensifies

A network of pulsars being used to search for gravitational waves, or ripples in space-time predicted by general relativity. These waves cause changes in the arrival times of pulsar radio signals that are correlated between pulsars in a way that depends on their separation on the sky. They are detectable from Earth with sensitive radio timing observations. Image credit: David Champion The National Science Foundation (NSF) has awarded the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) $14.5 million over 5 years to create and operate a Physics Frontiers Center (PFC).

The NANOGrav PFC will address a transformational challenge in astrophysics: the detection of low-frequency gravitational waves. Gravitational waves are elusive ripples in the fabric of space-time, which theories predict should arise from extremely energetic and large-scale cosmic events, such as orbiting pairs of massive black holes found at the centres of merging galaxies, phase transitions in the very early universe, or as relics from cosmic inflation, the period just after the Big Bang when all of the universe that we can see expanded rapidly from a minuscule volume in a tiny fraction of a second.

In Einstein’s theory of gravity, these events produce waves that distort, or ripple, the actual fabric of the cosmos as they propagate throughout space. These low-frequency waves have such a long wavelength &mdash significantly larger than our Solar System &mdash that we cannot build a detector large enough to observe them. Fortunately, the universe itself has created its own detection tool, millisecond pulsars &mdash the rapidly spinning, superdense remains of massive stars that have exploded as supernovas. These ultra-stable stars are nature’s most precise celestial clocks, appearing to “tick” every time their beamed emissions sweep past the Earth like a lighthouse beacon. Gravitational waves may be detected in the small but perceptible fluctuations &mdash a few tens of nanoseconds over five or more years &mdash they cause in the measured arrival times at Earth of radio pulses from these millisecond pulsars.

NANOGrav was founded in 2007 and at the time consisted of 17 members in the United States and Canada. It has since grown to 55 scientists and students at 15 institutions. The NANOGrav PFC will provide funding for 23 senior personnel, 6 postdoctoral researchers, 10 graduate students, and 25 undergraduate students distributed across 11 institutions.

Xavier Siemens, a physicist at the University of Wisconsin-Milwaukee, is the principal investigator for the project and will serve as director of the center. Maura McLaughlin, an astronomer at West Virginia University in Morgantown, will serve as co-director.

NSF currently supports nine other PFCs, which range in research areas from theoretical biological physics and the physics of living cells to quantum information and nuclear astrophysics. By bringing together astronomers and physicists from across the United States and Canada to search for the telltale signature of gravitational waves buried in the incredibly steady ticking of distant pulsars, NANOGrav is advancing the PFC mission to “foster research at the intellectual frontiers of physics” and to “enable transformational advances in the most promising research areas.”

“For pulsar astronomers to be able to detect these gravitational waves, we really need the best and most sensitive radio telescopes in the world,” said Scott Ransom, an astronomer with the National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Charlottesville, Va., and one of the founding members of NANOGrav. “In the United States, we have the two best &mdash the Green Bank Telescope in West Virginia with its fantastic sky coverage and the Arecibo Observatory in Puerto Rico with its unmatched sensitivity. These instruments have given us a huge edge in this research.”

“NANOGrav is now poised to detect low-frequency gravitational waves,” said Siemens. “This center will ensure that researchers have the resources necessary to explore one of the most exciting frontiers in all of physics and astronomy.”

The NSF’s Robert C. Byrd Green Bank Telescope, which will join in the NANOGrav hunt for gravitational waves. Image credit: NRAO/AUI/NSF This research makes use of the unique capabilities and sensitivity of the Arecibo Observatory in Puerto Rico and NRAO’s Green Bank Telescope (GBT). The GBT is located in the National Radio Quiet Zone, which protects the incredibly sensitive telescope from unwanted radio interference, enabling it to study pulsars and other astronomical objects. Arecibo is the largest single dish radio telescope in the world today.

“NANOGrav is fortunate to have access to the two most sensitive telescopes in the world for this groundbreaking research,” McLaughlin stated. “Furthermore, as many of our observations are performed by students, the telescopes are serving a vital role in creating a pipeline for science and technology fields.”


Videoya baxın: Ağırlıq qüvvəsi və Ümumdünya cazibə qanunu (Sentyabr 2021).