Astronomiya

Pulsarlar və ulduzlar cazibə dalğasının ölçülməsi üçün istifadə edilə bilməzmi?

Pulsarlar və ulduzlar cazibə dalğasının ölçülməsi üçün istifadə edilə bilməzmi?

Fərz edək ki, fotonları uzaq bir ulduzdan topladıq və cazibə dalğası fəza vaxtını bükdükdə, hər mikrosaniyədə bir CCD-yə 15 fotonda mütəmadi olaraq gəlirdilər, cazibə dalğası nəticəsində nizamlı 15 foton qrafiki sarsılmazdımı?

Nə üçün LISA rəsədxanasında lazer vaxtlarını müqayisə etmək məcburiyyətindədir, əgər pulsarlar atom saatları qədər dəqiq ola bilərsə, sadəcə bir dəstə pulsar siqnalını müqayisə edə bilməzmi? 50 pulsarı qeydə alan tək bir peyk pulsarlarla müqayisədə hərəkət edər və kHz frekanslarında çəkilə bilən impulslarla 50Hz gənə tezliyinə sahib olardı.


Pulsarlar və ulduzlar cazibə dalğasının ölçülməsi üçün istifadə edilə bilməzmi?

Nəzəriyyədə bəli. 2017 NASA-nın Pulsarlardan istifadə edərək Qravitasiya Dalğalarına qulaq asma məqaləsinə baxın.

Fərz edək ki, fotonları uzaq bir ulduzdan topladıq və cazibə dalğası fəza vaxtını bükdükdə, hər mikrosaniyədə bir CCD-yə 15 fotonda mütəmadi olaraq gəlirdilər, cazibə dalğası nəticəsində nizamlı 15 foton qrafiki sarsılmazdımı?

Kimi. Cazibə dalğası keçdikdə, cüzi bir vaxt genişlənməsinə məruz qalacağıq. Beləliklə, pulsar sürətlənmiş kimi görünürdü.

Nə üçün LISA rəsədxanasında lazer vaxtlarını müqayisə etmək məcburiyyətindədir, əgər pulsarlar atom saatları qədər dəqiq ola bilərsə, sadəcə bir dəstə pulsar siqnalını müqayisə edə bilməzmi? 50 pulsarı qeydə alan tək bir peyk pulsarlara nisbətən hərəkət edər və kHz frekanslarında çəkilə bilən impulslarla 50Hz gənə tezliyinə sahib olardı.

Bağışlayın, bunun cavabını bilmirəm. Ancaq LISA-dakı Wikipedia məqaləsinə baxın və 2030-cu illər üçün planlaşdırıldığını unutmayın. İndiki vaxt arasında çox şey ola bilər. Bəlkə də irəli getməyəcək.


LIGO, LISA və s. Qravitasiya dalğalarını necə aşkarlayır

LIGO və LISA kimi alətlərin məqsədi alətin müxtəlif qolları arasındakı məsafədəki dəyişən dəyişiklikləri ölçməkdir. Gələn cazibə dalğası (GW) istiqamətinə yönəlmiş bir qol vəziyyətində, qolun uzunluğu artacaq və azalacaq, dik yönəlmiş bir qol dəyişməz qalacaq.

Bunu ölçmək üçün bir üsul lazer şüasını bölmək, hər yarısını fərqli qollara göndərmək və sonra yenidən birləşdirmək və müdaxilə modelinə baxmaqdır. Qolların eyni uzunluqları varsa, şüalar dağıdıcı şəkildə müdaxilə edəcəkdir. Bununla birlikdə, qollardan biri daha uzun (və ya daha qısalı) olarsa, birləşdirilmiş şüalar faza xaricində olacaq və artıq mükəmməl dağıdıcı müdaxilə etməyəcəksiniz.

Bu cür şeyi dəqiq ölçə bilmək üçün açar iki şeydir:

  1. Qol uzunluğu, beləliklə dəyişdirilmiş uzunluq yolu ilə gedən şüa, müdaxilə modelinin ölçülməsi üçün kifayət qədər dəyişməsi üçün kifayət qədər böyük bir faz dəyişikliyi toplamağa vaxt tapdı. Daha uzun qollar daha böyük faza keçidlərə səbəb olur, bu səbəbdən LISA 2,5 milyon km uzunluğunda silahlara sahib olmağı hədəfləyir.

  2. İşığın dalğa boyu: dalğa boyu nə qədər qısadırsa, şüa dəyişməsini mərhələdə nəzərəçarpacaq dərəcədə etmək üçün qol uzunluğundakı həqiqi sürüşmə o qədər kiçik olmalıdır. Yenidən birləşən şüalar faza görə% 0,001 ilə fərqlənərsə, müdaxilə modelindəki dəyişikliyi aşkarlamaq və ölçmək çox çətin olacaqdır. Ancaq mərhələdə 50% ilə fərqlənsələr, fərq açıq-aşkar görünəcəkdir. Daha qısa dalğa uzunluqları daha böyük faza keçidlərini təmin edir.

İnterferometrik ölçməni bir növ zamanlama ölçüsü kimi düşünmək istəyirsinizsə (yəni müəyyən mənada iki qoldan aşağıya getmək üçün işıq tələb etdiyi vaxt fərqini ölçürük) optik işıq "zamanlama" ölçmələri üçün radiodan daha yaxşıdır.

Pulsar Zamanlaması

İşarə etdiyiniz kimi, orada var cazibə dalğalarını aşkar etməyə çalışmaq üçün pulsarlardan istifadə edən layihələr (məsələn, pulsar zamanlama massivləri).

Bunlar milisaniyəli pulsarlardan gələn radio impulslarının gəlişindəki zaman gecikmələrini ölçərək işləyir. Bununla yanaşı, məhdudiyyətləri qeyd etmək vacibdir: gəliş vaxtını dəqiq ölçmək üçün bir neçə dəqiqə (və ya daha çox) müddət ərzində bir pulsar müşahidə etməlisiniz və əlavə et tək, dəqiq bir dəyər əldə etmək üçün bütün nəbz gələnlər. (Sən yox bir tək nəbzin gəlməsi ilə digər nəbz arasındakı dəyişiklikləri ölçmək.) Daha sonra bir gəliş vaxtı əldə etmək üçün bu ölçümü bir neçə həftə və ya ay sonra təkrarlayırsınız. Həftələr və ya aylar arası ölçmələr apardığınız üçün yalnız eyni vaxt miqyasında dəyişiklikləri aşkar edə bilərsiniz, bu səbəbdən də pulsar zamanlama massivləri GW-ləri aylarla illər arasında (məsələn, ikili super-küt qara dəliklərdən) aşkar etməyə ümid edirlər. LIGO-nun aşkar etdiyi GW tipləri - dövrləri ilə saniyənin kəsrləri - pulsar zamanlama massivlərinin edə biləcəyi şeydən tamamilə kənardır.

Ulduzlardan optik işığı istifadə edə bilmərik, çünki milisaniyədəki bir pulsarın qüsursuz bir nizamlılığını yaradan heç bir ulduz olmadığını bilirik.

Son bir şərh olaraq, "bir CCD-yə hər mikrosaniyədə 15 fotonda mütəmadi olaraq gələn" foton ssenariniz, Poisson səs-küyünün ("vuruş səs-küyü") mənasını verdiyi problemidir. olmazdı əslində hər mikrosaniyədə 15 foton alın; alacaqsan ətrafında Hər mikrosaniyada 15 (tipik bir ardıcıllıq belə görünə bilər: 16, 15, 18, 15, 14, 14, 15, 23, 16, 12,…). Bu qədər dəyişikliklə, daxili siqnal gücündə incə dəyişiklikləri aşkarlamaq həqiqətən çətindir.


Diqqəti çəkən digər məqam, aşkarladığınız cazibə dalğalarının gözlənilən tezliyi, Lisa və pulsar zamanlama sistemləri arasında dəyişir. Bu, aşkar edəcəyiniz sistem növlərini dəyişdirir. Pulsar zamanlama massivləri kütləvi qara dəlik birləşmələrini tapmalı, Lisa isə tapmalı; birləşmədən bir neçə il əvvəl ulduz kütləsi qara dəliklər, qalaktikadakı ağ cırtdan binarlıqlar (eyni zamanda birləşmir), həmçinin ara kütləvi qara dəliklər (birləşmə). Beləliklə, birinin digərindən daha dəqiq olmasına baxmayaraq fərqli detektorların fərqli istifadəsi var.


Pulsarlar supermassive qara dəliklərin birləşməsindən qravitasiya dalğalarının bir görünüşünü təmin etdimi?

Neytron ulduzlarından gələn radio impulslarının gəliş vaxtlarındakı kiçik sapmaların müşahidəsi, super-kütləvi qara dəliklərin birləşməsindən qravitasiya dalğalarına ilk baxışımız ola bilər - NANOGrav pulsar zamanlama massivində işləyən astronomlara görə. Komanda, kainat tarixi boyu çox sayda supermassive qara dəlik cütlüyünün birləşməsi nəticəsində yaranan cazibə dalğalarının sübutu üçün iki radio teleskopdan 12,5 illik məlumatları araşdırdı. Bu ilkin müşahidə qəti deyilsə də, astronomlar nəticədən təşviq olunurlar və kosmik cazibə-dalğa fonunun varlığının daha uzun müddət ərzində daha çox pulsar müşahidə etməklə tezliklə təsdiqlənə biləcəyinə inanırlar.

Süd yolu da daxil olmaqla - əksər qalaktikaların mərkəzlərində supermassive qara dəliklərə rast gəlinir və kütlələri Günəşdən milyonlarla, hətta milyard qat çoxdur. Qalaktikalar inkişaf etdikdə və birləşdikdə, super-kütləvi qara dəliklər bir-birinin ətrafında fırlana bilər və nəticədə birləşmə - cazibə dalğalarını yayımlaya bilər. Bu birləşmələr, kainata nüfuz edən səslərin səs-küy kimi bir kakofoniyası olduğuna inandığı kosmik cazibə dalğa fonuna kömək edir.

Bu fonun ölçülməsi astronomlara qalaktikaların necə meydana gəldiyi və inkişaf etdiyi haqqında zəngin bir məlumat verəcəkdir. Bununla birlikdə, super-kütləvi birləşmələrin çox aşağı tezlikli cazibə dalğaları mövcud LIGO-Qız cazibə dalğa rəsədxanaları ilə aşkar edilə bilməz.

Göy saatlar

Xoşbəxtlikdən, milisaniyəli pulsarlar bu cazibə dalğalarını yoxlamaq üçün bir yol təqdim edirlər. Pulsarlar sürətlə fırlanan neytron ulduzlarıdır ki, onlar Yerə doğru şüalanma zərbələrini yandırırlar. Nəbz tezlikləri son dərəcə sabitdir - həqiqətən, atom saatlarına rəqib olan stabilliklərlə “göy saatları” kimi çıxış edirlər.

NANOGrav pulsar zamanlama massivi, göydəki fərqli yerlərdə 45 fərqli pulsardan gələn siqnalları izləyir. Bir cazibə dalğası Yerlə bir pulsar arasında hərəkət edərsə (və ya) əksinə), aramızdakı və pulsar arasındakı məsafə bir qədər genişlənəcək və daralacaqdır. İmpulslar işıq sürəti ilə hərəkət edir, buna görə də daralma zamanı impulslar Yer kürəsinə gözləniləndən daha tez çatacaq, genişlənmə zamanı isə daha sonra impulslar gələcək.

Bu gəliş-zaman sapması pulsara yön və cazibə dalğasının hərəkət istiqaməti arasındakı bucağa bağlıdır. Beləliklə, müxtəlif pulsarlardan bir sıra gəliş vaxtlarının müqayisəsi cazibə dalğalarının təsirini ortaya qoymalıdır. Bununla birlikdə, bu təsiri ölçmək çox çətindir, çünki sapmalar bir neçə yüz nanosaniyadadır və illərin zaman ölçüləri ilə baş verir.

Döngədə

Bu təsiri axtarmağın güclü bir yolu, impuls cütlərindən impulsların çatma müddətləri arasındakı əlaqəni ölçməkdir. Pulsarlar arasındakı bucağın funksiyası olaraq qurulduqda nəticə “Hellings-Downs eğrisi” olur. Bu döngə cazibə dalğalarının istiqamətindən asılı deyil, buna görə kosmik cazibə dalğa fonuna dair dəlillər axtarmaq üçün istifadə edilə bilər - buraya hər tərəfə gedən dalğaları daxil etməlidir.

45 pulsardan gələn radio siqnalları, 12.5 il ərzində Puerto Rikodakı Arecibo Rəsədxanası (bağlanmasından bəri) və West Virginia'daki Green Bank Teleskopundan istifadə edərək müşahidə edildi. Məlumatların geniş bir statistik təhlilini etdikdən sonra, NANOGrav qrupu, fərqli pulsarların gəliş vaxtlarını təsir edən bir şeylə tantalize edən ilkin dəlillər tapdı.

NANOGrav üzvü Julie Comerford, "bir cazibə dalğa fonunun bu cazibədar ilk göstərişləri, superkütləvi qara dəliklərin birləşə biləcəyini və kainatdakı qalaktikalardakı supermassive qara dəlik birləşmələrindən dalğalanan cazibə dalğaları dənizində boğulduğumuzu göstərir" dedi. Colorado Boulder Universiteti.

Pulsarlardan istifadə edərək cazibə dalğalarının ovlanması

Bununla birlikdə, komanda hələ müşahidə edilən effektin kosmik cazibə-dalğa fonunun nəticəsi olduğu qənaətinə gələ bilmir. Xüsusilə, komanda pulsarlar cütləri arasında əlaqə qura bilmədi.

Boulder-də olan NANOGrav’dan olan Joseph Simon da deyir: “Biz məlumat dəstimizdə güclü bir siqnal tapdıq, ancaq bunun cazibə dalğa fonu olduğunu hələ deyə bilmərik”.

ABŞ-ın Milli Radio Astronomiya Rəsədxanasındakı Scott Ransom əlavə edir ki, & # 8220Təkləmə dalğalarını bir pulsar zamanlama seriyası ilə aşkar etməyə çalışmaq səbr tələb edir. Hal-hazırda on ildən artıqdır ki, məlumatları təhlil edirik, amma qəti bir aşkarlama, ehtimal ki, bir neçə şeyi daha çox alacaq. Bu yeni nəticələrin bir algılamaya yaxınlaşdıqda gözlədiyimiz kimi olması çox yaxşıdır. & # 8221


NANOGrav, aşağı tezlikli cazibə dalğa fonunun mümkün ‘ilk göstərişlərini’ tapır

13 il ərzində toplanan və təhlil edilən məlumatlarda Şimali Amerika Nanohertz Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası Fizika Sərhədləri Mərkəzi cazibə dalğalarına aid edilə bilən maraqlı bir aşağı tezlikli siqnal tapdı.

NANOGrav tədqiqatçıları - Qərbi Virciniya Universitetinin Fizika və Astronomiya Bölməsindən və Qravitasiya Dalğaları və Kosmoloji Mərkəzindən bir neçəsi daxil olmaqla - Pocahontas əyalətindəki Yaşıl Bank Teleskopu da daxil olmaqla ekzotik ulduzlardan pulsarlar adlanan radio impulslarının gəlmə müddətlərini ölçürlər. Qərbi Virciniya. Pulsarlar, sürətlə fırlanan, fənər kimi, şüalanmış radio dalğaları yayan kiçik, sıx ulduzlardır. Bu son məlumat dəstindən alınan nəticələr, bu pulsarların gəliş vaxtlarındakı cazibə dalğalarının təsirlərini göstərə biləcək narahatlıqları göstərir, bu yaxınlarda Astrophysical Journal Letters-də bildirildi. Bu cazibə dalğalarının ən çox ehtimal olunan mənbəyi birləşdirilmiş, uzaq qalaktikaların nüvələrindəki bütün supermassive qara dəlik cütlərindən gələn birləşmiş siqnaldır.

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

"Hələ əminliklə deyə bilərik ki, gördüklərimiz cazibə dalğalarıdır, amma belədirsə," siqnal "çox böyük qara dəliklər haqqında bildiklərimizi düşündüyümüz üçün çox məna verir" dedi Dustin Madison. WVU-da doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı. “Bu, hər zaman bunun necə olacağını - bir təsbit tələb edə bilməyimizdən əvvəl bir siqnalın cəlbedici göstərişlərini göstərirdi. Bu qəti qiymətləndirməni cəmi bir neçə ildə etmək üçün doğru yoldayıq. ”

Gələcəyə baxaraq, tədqiqatçıların bundan sonra siqnalı xarakterizə edə biləcəyini və gələcək illər boyunca ondan daha çox şey öyrənəcəyini düşünür.

Cazibə dalğaları, bir-birinin ətrafında dönən qara dəliklər və ya neytron ulduzların toqquşması kimi inanılmaz dərəcədə nəhəng cisimlərin hərəkətləri nəticəsində meydana gələn dalğalardır. Astronomlar bu dalğaları ulduzlar və qalaktikalar kimi teleskopla müşahidə edə bilmirlər. Bunun əvəzinə cazibə dalğalarının keçdiyi təsiri, yəni cisimlərin dəqiq mövqeyindəki kiçik dəyişiklikləri - Yerin özü də daxil olmaqla ölçürlər. Cazibə dalğaları ilk dəfə 2015-ci ildə NSF’in Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası tərəfindən WVU-dakı digər tədqiqatçıların da daxil olduğu bir qrup tərəfindən aşkar edildi. Uzaq cisimlərdən gələn işıq kimi, cazibə dalğaları da kosmik bir xəbərdarlıq siqnalıdır - qara dəliklər kimi “qaranlıq” cisimlərin anlaşılması üçün böyük potensiala malikdir.

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.

“Bu siqnal olduqca cəlbedicidir. Orkestrimiz kainatı bürüdüyünü gözlədiyimiz supermassive qara dəliklərdən gələn dalğaların möhtəşəm simfoniyasını eşidəcəyimizə eyham vuraraq ola bilər ”dedi WVU dosenti və NANOGrav üzvü Sarah Burke-Spolaor. "Bu siqnal həqiqətən cazibə dalğalarıdırsa, gələcək araşdırma kainatımızdakı ən böyük qara dəliklərin və qalaktikaların necə formalaşıb inkişaf etdiyinə dair bənzərsiz fikirlər təqdim edəcəkdir."

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

NANOGrav ABŞ və Kanada astrofizikləri və Milli Elm Fondu Fizika Sərhədləri Mərkəzinin əməkdaşlığıdır.

"NANOGrav PFC-nin dəstəyinə görə çox minnətdarıq" dedi WVU-nun Eberly Hörmətli Fizika və Astronomiya professoru və NANOGrav PFK-nın həmmüəllifi Maura McLaughlin. "Bu, həm vaxtı təyin olunan həm də pulsar sayını kəskin şəkildə artırmağa imkan verdi. və son altı ildə NANOGrav tədqiqatları üzərində işləyən iştirakçıların sayı. "

WVU PFC-də əhəmiyyətli bir rol oynamışdır. Bu sənəddəki 63 müəllifdən on ikisi WVU fakültəsi müəllimləri, postdocs və tələbələrdir. Aşağı tezlikli qravitasiya dalğasının aşkarlanması, PFC mükafatı ilə birlikdə 2015-ci ildə yaradılan Qravitasiya Dalğaları və Kosmoloji Mərkəzinin əsas məqsədlərindən biridir.

"Eberly Kolleci və Universiteti tərəfindən verilən uzunmüddətli institusional dəstək NANOGrav-un 2007-ci ildə başladığı gündən bu yana qazandığı uğurlarda kritik rol oynadı" dedi WVU professoru və Eberly Kollecinin tədqiqatlar üzrə dekanı Doskan Loraner.

NANOGrav, 20 GB Yanvar 2021 Astrofizika Jurnalı Əlavələrində bildirildiyi kimi həm GBT, həm də Puerto Rikodakı Arecibo Rəsədxanası ilə birlikdə ən stabil dönən 47 "milisaniyəli pulsar" ı öyrənərək pulsar zamanlama seriyasını yaratdı. NANOGrav-un axtardığı siqnalları aşkar etmək üçün bütün pulsarlar istifadə edilə bilməz - yalnız ən sabit fırlanan və ən uzun müddət tədqiq edilmiş pulsarlar olacaqdır. Bu pulsarlar qravitasiya dalğalarının aşkarlanması və öyrənilməsi üçün tələb olunan dəqiqliyi əldə etmək üçün inanılmaz sabitliklə saniyədə yüzlərlə dəfə fırlanır.

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. Zaman dəyişikliyi NANOGrav tədqiqatları o qədər kiçikdir ki, hər hansı bir pulsar tədqiq edilərkən dəlillər aydın görünmür, lakin ümumilikdə əhəmiyyətli bir imzaya əlavə olunur.

Qravitasiya dalğalarından bir imzanın birbaşa aşkarlanmasını təsdiqləmək üçün NANOGrav tədqiqatçıları ayrı-ayrı pulsarlar arasındakı siqnallarda fərqli bir qanunauyğunluq tapmalıdırlar.

Bu nöqtədə təcrübənin həssaslığı hal-hazırda belə bir nümunənin fərqlənə biləcəyi qədər yaxşı deyil. 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.

WVU-dakı tələbə və müəllim heyəti bu səylərə əhəmiyyətli qatqı təmin edir və 24 WVU tələbəsi, WVU-nun rəhbərlik etdiyi NSF tərəfindən maliyyələşdirilən proqramların bir hissəsi olaraq xaricdə tədqiqat aparmaq üçün IPTA tərəfdaş ölkələrinə getmişdir.

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.

Növbəti bir neçə ildə çoxlu elmi vədlər verilsə də, problemsiz deyillər. Arecibo Rəsədxanasının 305 metrlik teleskopunun bu yaxınlarda yıxılması ilə NANOGrav alternativ məlumat mənbələri axtaracaq və beynəlxalq həmkarları ilə daha da yaxından əməkdaşlıq edəcəkdir. Onsuz da məlumat dəstlərinə qatqı təmin edən çox həssas Arecibo məlumatları səbəbindən aşkarlanmada əhəmiyyətli gecikmələrin olacağı gözlənilməsə də, Arecibo itkisi ümumiyyətlə elmə dəhşətli bir zərbədir. NANOGrav üçün, başqa bir alət olmadığı təqdirdə, gələcəkdə fonu xarakterizə etmək və digər növ cazibə dalğa mənbələrini aşkar etmək qabiliyyətinə təsir göstərə bilər. Teleskopun itməsi həm də bir neçə WVU doktoru tələbəsinin magistr təhsilini birbaşa təsir edir. NANOGrav üzvləri çöküşdən və onun heyətə və Puerto Riko adasına təsirindən dərin kədər hissi keçirirlər.

NANOGrav haqqında daha çox məlumat üçün http://nanograv.org saytına daxil olun.

WVU-dakı NANOGrav tədqiqatı, NSF PFC mükafatı sayəsində dəstəklənir. 1430284 və NSF OIA mükafatı No. 1458952. Arecibo Rəsədxanası, Mərkəzi Florida Universiteti tərəfindən Universidad Ana G. Méndez və Yang Enterprises, Inc ilə ittifaqda işbirliyi müqaviləsi (№ AST-1744119) əsasında fəaliyyət göstərən Milli Elm Fondunun bir müəssisəsidir. Yaşıl Bank Rəsədxanası Milli Elm Vəqfinin təsisi, Associated Universities, Inc.


NANOGrav, aşağı tezlikli cazibə dalğa fonunun mümkün ‘ilk göstərişlərini’ tapır

13 il ərzində toplanan və təhlil edilən məlumatlarda, Şimali Amerika Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası (NANOGrav) Fizika Sərhədləri Mərkəzi (PFC) cazibə dalğalarına aid edilə bilən maraqlı bir aşağı tezlikli siqnal tapdı.

NANOGrav tədqiqatçıları - Qərbi Virciniya Universitetinin (WVU) Fizika və Astronomiya Bölməsindən və Qravitasiya Dalğaları və Kosmologiya Mərkəzindən bir sıra insanlar - Yaşıl Bank Teleskopu da daxil olmaqla, böyük radio teleskopları olan ekzotik ulduzlardan radio impulslarının gəlmə müddətlərini ölçürlər. (GBT) Pocahontas County, West Virginia. Pulsarlar, sürətlə fırlanan, fənər kimi, şüalanmış radio dalğaları yayan kiçik, sıx ulduzlardır. Bu son məlumat dəstindən alınan nəticələr, bu pulsarların gəliş vaxtlarındakı cazibə dalğalarının təsirlərini göstərə biləcək narahatlıqları göstərir. Astrofizik Jurnal Məktubları. Bu cazibə dalğalarının ən böyük mənbəyi birləşdirilmiş, uzaq qalaktikaların nüvələrindəki bütün supermassive qara dəlik cütlərindən gələn birləşmiş siqnaldır.

Arxa cazibə dalğaları və onun müşahidə olunan pulsarlardan gələn radio siqnallarına təsirləri ilə deformasiyaya uğrayan kosmos zamanına daxil edilmiş Yerin nümayişi. Tonia Klein / NANOGrav-un izni ilə.

NANOGrav, cazibə dalğaları xaricindəki bəzi təsirləri, məsələn, öz günəş sistemimizdəki maddənin müdaxiləsi və ya məlumat toplanmasında bəzi səhvləri istisna edə bildi. 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.

WVU-nun doktorantdan sonrakı tədqiqatçısı Dustin Madison, “Gördüklərimizin cazibə dalğaları olduğunu hələ inamla deyə bilmərik, amma belədirsə,“ siqnal ”haqqında bildiklərimizi düşündüklərimiz çox məna kəsb edir. supermassive qara dəliklər. Həmişə bunun necə oynanacağı bu idi. qəti bir təsbit tələb edə bilməyimizdən əvvəl bir siqnalın cəlbedici göstərişləri. Bu qəti qiymətləndirməni cəmi bir neçə ildə etmək üçün doğru yoldayıq. ” Gələcəyə baxaraq, tədqiqatçıların bundan sonra siqnalı xarakterizə edə biləcəyini və gələcək illər boyunca ondan daha çox şey öyrənəcəyini düşünür.

Cazibə dalğaları, bir-birinin ətrafında dönən qara dəliklər və ya neytron ulduzların toqquşması kimi inanılmaz dərəcədə nəhəng cisimlərin hərəkətləri nəticəsində meydana gələn dalğalardır. Astronomlar bu dalğaları ulduzlar və qalaktikalar kimi teleskopla müşahidə edə bilmirlər. Bunun əvəzinə cazibə dalğalarının keçdiyi təsiri, yəni cisimlərin dəqiq mövqeyindəki kiçik dəyişiklikləri - Yerin özü də daxil olmaqla ölçürlər. Cazibə dalğaları ilk dəfə 2015-ci ildə NSF’in Lazer İnterferometri Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası (LIGO) tərəfindən WVU-dakı digər tədqiqatçıların da daxil olduğu bir qrup tərəfindən aşkar edildi. Uzaq cisimlərdən gələn işıq kimi, cazibə dalğaları da kosmik bir xəbərdarlıq siqnalıdır - qara dəliklər kimi “qaranlıq” cisimlərin anlaşılması üçün böyük potensiala malikdir.

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.

WVU professoru və NANOGrav üzvü Sarah Burke-Spolaor “Bu siqnal inanılmaz dərəcədə cəlbedicidir. Orkestrimiz kainatı bürüyəcəyini gözlədiyimiz süpermoksif qara dəliklərdən dalğaların möhtəşəm simfoniyasını eşidəcəyimizə işarə edərək, köklənə bilər "dedi. Burke-Spolaor. "Bu siqnal həqiqətən cazibə dalğalarıdırsa, gələcək araşdırma kainatımızdakı ən böyük qara dəliklərin və qalaktikaların necə formalaşıb inkişaf etdiyinə dair bənzərsiz anlayışlar təklif edəcəkdir" deyə əlavə etdi.

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

NANOGrav ABŞ və Kanadalı astrofiziklərin və Milli Elm Fondunun Fizika Sərhədləri Mərkəzinin (PFC) əməkdaşlığıdır. WVU professoru və NANOGrav PFK-nın həmmüəllifi Maura McLaughlin, "NANOGrav PFC-nin dəstəyinə görə çox minnətdarıq, bu da həm təyin olunan pulsar sayını, həm də NANOGrav tədqiqatı üzərində işləyən iştirakçı sayını kəskin şəkildə artırmağa imkan verdi. son altı ildə ". WVU, bu məqalədəki 63 müəllifdən PFC 12-də əhəmiyyətli bir rol oynamışdır, WVU fakültəsi, postdocs və tələbələrdir. Və aşağı tezlikli cazibə dalğasının aşkarlanması, PFC mükafatı ilə birlikdə 2015-ci ildə yaradılan Qravitasiya Dalğaları və Kosmoloji Mərkəzinin əsas məqsədlərindən biridir. WVU professoru və Eberly Kollecinin Tədqiqat üzrə Dekanı Duncan Lorimer, “Kollec və Universitet tərəfindən göstərilən uzunmüddətli institusional dəstək, 2007-ci ildə qurulduğu gündən bu yana NANOGrav’un müvəffəqiyyətində mühüm rol oynadı” qeyd edir.

NANOGrav, həm GBT, həm də Puerto Rikodakı Arecibo Rəsədxanası ilə birlikdə 2021-ci ilin yanvarında Astrofizik Jurnal Əlavələrində bildirildiyi kimi ən sabit dönən 47 "milisaniyəli pulsar" ı öyrənərək öz pulsar zamanlama massivini yaratdı. 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, cazibə dalğalarının aşkarlanması və öyrənilməsi üçün lazım olan dəqiqliyi əldə etmək üçün inanılmaz bir sabitliklə.

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. Zaman dəyişikliyi NANOGrav tədqiqatları o qədər kiçikdir ki, hər hansı bir pulsar tədqiq edilərkən dəlillər aydın görünmür, lakin ümumilikdə əhəmiyyətli bir imzaya əlavə olunur.

Qravitasiya dalğalarından bir imzanın birbaşa aşkarlanmasını təsdiqləmək üçün NANOGrav tədqiqatçıları ayrı-ayrı pulsarlar arasındakı siqnallarda fərqli bir qanunauyğunluq tapmalıdırlar. Bu nöqtədə təcrübənin həssaslığı hal-hazırda belə bir nümunənin fərqlənə biləcəyi qədər yaxşı deyil. 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. WVU-dakı tələbə və müəllimlər bu səydə mühüm iştirakçıdırlar və əslində WVU-nun 24 tələbəsi WVU-nun rəhbərlik etdiyi NSF tərəfindən maliyyələşdirilən proqramlar çərçivəsində xaricdə tədqiqat aparmaq üçün IPTA tərəfdaş ölkələrinə getmişlər.

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.

Bu məqalədə istinad olunan nəşrlər

NANOGrav haqqında daha çox məlumat üçün http://nanograv.org saytındakı veb səhifəni ziyarət edin.

WVU-dakı NANOGrav araşdırması NSF PFC mükafatı # 1430284 və NSF OIA mükafatı # 1458952 sayəsində dəstəklənir. Arecibo Rəsədxanası, Universidad Ana G. Méndez (UAGM) və Yang Enterprises (YEI), Inc ilə müttəfiq olaraq Mərkəzi Florida Universiteti (UCF) tərəfindən kooperativ müqaviləsi (# AST-1744119) əsasında fəaliyyət göstərən Milli Elm Fondunun bir müəssisəsidir. Yaşıl Bank Rəsədxanası, Associated Universities, Inc tərəfindən kooperativ razılaşması altında fəaliyyət göstərən Milli Elm Fondunun bir təsisidir.


Pulsarlar və Qravitasiya Dalğası Astronomiyası

Kainatın bəzi həddindən artıq və heyrətamiz cisimlərini araşdırırıq və Avstraliyanın cazibə dalğaları araşdırmalarının önündəyik.

Pulsarlar bütün nüvə yanacaqlarını çoxdan tükənmiş və çox sıx qalıqlara çevrilmiş ölü ulduzları fırladırlar. Astronomlar, 1993-cü il Nobel mükafatına aparan cazibə dalğalarının yayılması üçün ilk eksperimental sübutu təmin edən əla binar pulsar da daxil olmaqla bu obyektlərin 3000-dən çoxunu kəşf etdilər. Spindən gələn radiasiya impulsları həddindən artıq cazibə ölçmək və ümumi nisbi nisbətləri sınamaq üçün son dərəcə dəqiq saatlar kimi istifadə edilə bilər.

Yerin cazibə dalğaları birbaşa Yer üzündə də ölçülə bilər, çünki dünyanın ən dəqiq interferometrlərindən keçərkən yerin və zamanın sıxılmasına və uzanmasına səbəb olur. 100 ildən əvvəl Albert Einstein, kosmik zamandakı bu dalğaların bir-birinin ətrafında dövr edən kütlələrin və cisimlərin sürətləndirilməsi ilə yaradılacağını proqnozlaşdırırdı. Dedektor həssaslığındakı son inkişaflar, 2015-ci ildə cazibə dalğalarının ilk birbaşa aşkarlanmasına səbəb oldu.

Bu, yeni cazibə dalğa astronomiyası sahəsinin yaranmasını müjdələyən və 2017-ci il Fizika üzrə Nobel mükafatını alan insan kəşfindəki əlamətdar bir müvəffəqiyyət idi. Bunun ardınca 2017-ci ildə iki neytron ulduzunun toqquşmasına dair ilk müşahidələr davam etdi. Onu müşayiət edən partlayış sonradan dünyanın hər yerindəki teleskopların izlədiyi müşahidələrdə görüldü və çox mesajlı astronomiyanın yeni bir dövrünə başladı.

& quotOzGrav-un missiyası ondan faydalanmaqdır cazibə dalğalarının tarixi ilk təsbitləri qara dəliklərin və əyri zamanın həddindən artıq fizikasını anlamaq və kainatdakı bu yeni pəncərədən gələcək nəsil alim və mühəndisləri ilhamlandırmaq. & quot;

Professor Matthew Bailes, Astrofizika və Supercomputing Mərkəzi

Astrofizika və Superkompüter Mərkəzi (CAS), Avstraliya və xaricdə 200-dən çox üzvün iştirak etdiyi və beynəlxalq LIGO-Qız-Kagra əməkdaşlığının bir hissəsi olan Qravitasiya Dalğa Kəşfi Mükəmməllik Mərkəzinin (OzGrav) mərkəzi qərargahına ev sahibliyi edir. . Swinburne-in professoru Matthew Bailes, OzGrav-a rəhbərlik edir və pulsarların kəşfində öncülük edir və bir çox pulsar tədqiqat və zamanlama massivinə rəhbərlik etmiş, MeerTIME daxil olmaqla yeni MeerKAT teleskopunun gücündən istifadə edərək radio pulsar vaxtı ilə əsas fizika və astrofizikanı araşdırmışdır.

Swinburne, eyni zamanda uzaq qalaktikalarda supermassive qara dəlik ikili binalarından cazibə dalğalarını aşkar etmək məqsədi ilə müntəzəm olaraq 20 milisaniyədəki pulsardan mikrosaniyə dəqiqliyə qədər olan Parkes Pulsar Zamanlama Arrasının qurucu üzvlərindən biridir. Həm də supernovalardan və cazibə dalğa mənbələri və ikili impulslar istehsal edən ikili sistemlərdən cazibə dalğa emissiyası modelləri hazırlayırıq.

CAS, dosent Jeff Cooke-un rəhbərlik etdiyi Deeper, Wider, Faster proqramı vasitəsilə cazibə dalğalarının və digər keçici mənbələrin elektromaqnit təqibində də dünya lideridir. Professor Jarrod Hurley-in rəhbərlik etdiyi dünyanın ən böyük xüsusi qravitasiya dalğa superkompüter qruplarından biri olan GW Məlumat Mərkəzinə də ev sahibiyik.

Layihələrimiz

MeerTime

MeerTime layihəsi, nisbi cazibə testlərini həyata keçirmək, zamanlama qalıqlarında supermassive qara dəlik ikili sənədlərinin yaratdığı qravitasiya dalğa imzasını axtarmaq üçün 1000-dən çox radio pulsarı üzərində vaxt keçirəcək, Swinburne-in rəhbərlik etdiyi MeerKAT massivindəki beş illik bir proqramdır. milisaniyədəki pulsarların neytron ulduzlarının içini bir pulsar qəza izləmə proqramı ilə araşdırın, ikili pulsarların mənşəyini və təkamülünü araşdırın, kürə qruplarında məskunlaşan pulsar sürülərini izləyin və radio magnetarlarını izləyin.

Parkes Pulsar Zamanlama Array

Swinburne, aşağı frekanslı cazibə dalğa kainatını öyrənmək üçün əsas məqsədi üçün ikonik 64 metrlik Parkes radio teleskopu ilə 24 milisaniyədəki pulsarı izləyən Parkes Pulsar Timing Array layihəsinin bir təməl ortağıdır.

Kosmik atəş toplarını böyütmək

Neytron ulduzları adlanan sıx, kütləvi ulduz qalıqları toqquşduqda, nəticədə yüz milyonlarla işıq ili uzaqdan görünən atəşli, radioaktiv qatar qəzası meydana gəlir. Bu layihə, toqquşmanın təbiətini təyin etmək üçün parlaq dağıntıları süzmək üçün bir yerdə işləyən yer üzünə yayılmış radio teleskoplardan istifadə edir.

FRB və pulsarların UTMOST tədqiqatları

UTMOST teleskopu, Swinburne tərəfindən birgə işlənən və radio pulsarlarını və sürətli radio partlamalarını tapmaq və öyrənmək üçün istifadə olunan güclü bir rəqəmsal arxaya sahib olan geniş sahəli bir radio teleskopdur.


Zero Cin

Zamanın başlanğıcından bəri insanlar bir gün kainatın sirlərini açmağı ümid edirdilər. Milli Elm Vəqfi (NSF) tərəfindən davam edən tədqiqat maliyyəsi və Texas Tech & # 8217s Joseph D. Romano kimi insanların təcrübəsi ilə, indi hər zamankindən daha yaxındırlar.

Fizika və Astronomiya Bölməsinin professoru Romano, erkən kainatdan gələn zəif cazibə dalğa siqnallarını axtarmaqla məşğul olan cazibə dalğa məlumat analizində araşdırma aparır. Beləliklə, onun işi Şimali Amerika Nanohertz Qravitasiya Dalğaları Rəsədxanası (NANOGrav) ilə tamamilə uyğundur.

NSF bu yaxınlarda NANOGrav Fizika Sərhədləri Mərkəzinin (PFC) fəaliyyət göstərməsi üçün beş il ərzində 17 milyon dollarlıq qrant ayıraraq NANOGrav-a dəstəyini təzələdiyini açıqladı. NANOGrav PFC astrofizikdəki transformasiya problemini həll edəcək: aşağı tezlikli cazibə dalğalarının aşkarlanması və xarakteristikası. Aşağı tezlikli cazibə dalğalarının ən perspektivli mənbələri kütləvi qalaktikaların birləşməsi nəticəsində əmələ gələn supermassiv ikili qara dəliklərdir. Əlavə aşağı tezlikli cazibə dalğa mənbələrinə kosmik simlər, inflyasiya və digər erkən kainat prosesləri daxildir.

Astrofiziklər indi milisaniyəli pulsarlardan istifadə edərək aşağı tezlikli cazibə dalğalarını aşkarlayırlar - sürətlə fırlanan, supernovalar kimi partlamış kütləvi ulduzların fövqəladə qalıqları. These ultra-stable stars are nature’s most precise celestial clocks, appearing to “tick” every time their beamed emissions sweep past the Earth, like the beacon on a lighthouse. Gravitational waves may be detected in the small but perceptible fluctuations – a few dozen nanoseconds over 10 or more years – they cause in the measured arrival times at Earth of radio pulses from these millisecond pulsars.

“The goal is to detect the presence of low-frequency gravitational waves in an effort to better understand how supermassive black holes and galaxies form,” Romano said.

The precision required in these measurements makes Romano’s work especially important. You see, he helps develop the data analysis algorithms that identify the presence of gravitational waves. For his role in the NANOGrav PFC collaboration, Romano will receive $298,366 over the next five years.

When it was founded in 2007, NANOGrav consisted of 17 members in the U.S. and Canada. With support from the NSF in the form of a Partnerships for International Research and Education (PIRE) award in 2010 and a PFC in 2015, NANOGrav has grown tremendously. It is now a truly global collaboration with around 200 students and scientists at about 40 institutions around the world. Over the past few years, NANOGrav PFC students, postdoctoral researchers and senior personnel have pushed the frontiers of multi-messenger astrophysics, achieved an unprecedented sensitivity to low-frequency gravitational waves and enabled a transition into an astrophysically interesting territory: NANOGrav is now poised to detect low-frequency gravitational waves and use them to study the universe in a completely new way.

NANOGrav’s five-year program will make use of the unique capabilities and sensitivity of the Green Bank Telescope (GBT) in Green Bank, West Virginia. 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. The program also uses data from the Very Large Array (VLA) in New Mexico and the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) in Canada. In addition, NANOGrav will use legacy Arecibo Observatory data, which will anchor combined future data sets and greatly increase sensitivity.

“The NANOGrav PFC has made significant progress over the last five years, remaining at the frontier of fundamental physics research,” said Jim Shank, the program director for NSF’s PFC program. “The center now seems close to making a breakthrough discovery in gravitational waves and the way we perceive the universe.”

Xavier Siemens, a physicist at Oregon State University, is the principal investigator (PI) for the project and will serve as co-director of the center. Maura McLaughlin, an astronomer at West Virginia University and co-investigator of the project, will serve as co-director.

NSF currently supports 10 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 U.S. and Canada to search for the telltale signature of gravitational waves buried in the incredibly steady ticking of distant pulsars, the NANOGrav PFC will advance the mission to “foster research at the intellectual frontiers of physics” and to “enable transformational advances in the most promising research areas.”

In addition to his membership in the NANOGrav collaboration, Romano is a member of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) Scientific Collaboration and the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Consortium, both of which are international collaborations of scientists searching for gravitational waves. Romano’s prior research experience involved investigations into the relationship between gravitational physics and quantum mechanics.

Romano was co-chair of the LIGO Scientific Collaboration Stochastic Sources Analysis Group from 2000-2006 and 2018-2020. He is a member of Texas Tech’s STEM Center for Outreach, Research & Education, a member of the American Physical Society and was associate editor of the American Journal of Physics.


The gravitational background

Researchers at the premiere astronomy conference also reported finding the first possible hints of a mysterious new kind of gravitational wave, cosmic ripples that warp the fabric of space and time itself.

Scientists reported the first-ever direct detection of gravitational waves in 2016 using the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), a discovery that earned the 2017 Nobel Prize in Physics. The space-time distortions those researchers saw were created when two black holes collided with each other about 130 million light-years from Earth. Since then, LIGO has observed dozens more such signals.

But the gravitational waves that LIGO are best at detecting are the most powerful ones, loud outbursts released when extraordinarily massive objects collide with one another. Researchers now also want to detect gravitational waves that are more like the background noise of small talk at a crowded party.

In theory, merging galaxies and other cosmic events should generate such a "gravitational wave background." Detecting this steady hum could shed light on mysteries such as how galaxies have grown over time.

However, these waves are huge, posing a major challenge for detecting this gravitational wave background. Whereas existing gravitational-wave observatories on Earth are designed to search for gravitational waves on the order of seconds long, ripples from the gravitational wave background are years or even decades long.

Now researchers say they may have detected a strong signal of the gravitational wave background using a U.S. and Canadian project called the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

"We're seeing incredibly significant evidence for this signal," study lead author Joseph Simon, an astrophysicist at the University of Colorado Boulder, said during the AAS press conference. "Unfortunately, we can't quite say what it is yet."

NANOGrav uses telescopes on the ground to monitor dozens of pulsars. Gravitational waves can alter the steady blinking pattern of light from pulsars, squeezing and expanding the distances these rays travel through space.

"As these waves pass us, the Earth gets pushed around very slightly," Simon said. "As Earth is pushed closer to pulsars in one part of the sky, those pulsars' pulses will appear a little bit sooner than expected, and pulses from pulsars in the other part of the sky appear to come a bit later."

Analyzing this pulsar light could therefore help scientists detect signs of the gravitational wave background.

"By monitoring signals from a large number of these pulsars, we created a galaxy-size gravitational-wave detector within our own Milky Way," Simon said.

To find these subtle hints, NANOGrav scientists have attempted to observe as many pulsars as they can for as long as possible. So far, they have observed 45 pulsars for at least three years, and in some cases, for more than a dozen years.

"These pulsars are spinning about as fast as your kitchen blender," Simon said in a statement. "And we're looking at deviations in their timing of just a few hundred nanoseconds."

Now the researchers said they have detected potential evidence of a common process distorting the light from many of the pulsars. As of yet, they cannot verify whether this signal is evidence for the gravitational wave background, "but we also don't have evidence against it," Simon said.

The scientists caution they still need to look at more pulsars and monitor them for longer time periods to confirm whether the gravitational background is the cause.

If the researchers can verify they have detected the gravitational wave background, they next want to pinpoint what causes these waves and what such signals can tell scientists about the universe.

The scientists detailed their findings Jan. 11 at an online meeting of the American Astronomical Society. Chakrabarti and her colleagues detailed onların tapıntıları in a study accepted in the journal Astrophysical Journal Letters. Simon and his colleagues detailed their NANOGrav findings online Dec. 24 in the journal The Astrophysical Journal Letters.


To find giant black holes, start with our solar system’s center

Artist’s concept of an array of pulsars, used in a system to find black holes with billions of times our sun’s mass. The best place to start? One idea is to use the gravitational center of our solar system. Image via David Champion/ Vanderbilt University.

Black holes are places where gravity is so immense that light cannot escape. The spacetime surrounding black holes is warped. In recent decades, astronomers have come to believe that largest black holes – supermassive black holes – reside in the hearts of most galaxies. Each is millions or billions of times the mass of our sun. But many supermassive black holes remain undetected. How can scientists find them? Enter gravitational waves, ripples in spacetime, theorized as far back as Albert Einstein, but observed only since 2015. Astronomers now say we can find supermassive black holes by observing the effect of their gravitational waves on the timing of light flashes from pulsars. While conducting this research, these scientists say they’ve also refined our knowledge of the gravitational center – or barycenter – of our solar system.

The new research comes from Stephen Taylor, assistant professor of physics at Vanderbilt University and the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) collaboration. Taylor explained in a statement:

Using the pulsars we observe across the Milky Way galaxy, we are trying to be like a spider sitting in stillness in the middle of her web. How well we understand the solar system’s barycenter is critical as we attempt to sense even the smallest tingle to the web.

This new technique for finding supermassive black holes was announced on June 30, 2020 by Vanderbilt University.

The peer-reviewed paper detailing their findings was published in Astrofizika jurnalı last April 21.

Gravitational waves – ripples in space-time – can be generated by pairs of black holes orbiting each other. To find these ripples, Taylor and his colleagues measure the regular flashes of light from pulsars, which are neutron stars that spin extremely fast and blast out beams of light, much like a cosmic lighthouse. The researchers are looking for changes in the arrival rate of these flashes, using NANOGrav data. Like clocks keeping time perfectly, pulsars are known to emit their flashes in a way that’s extremely regular (which is why, when first discovered, it was thought they might be artificial signals from aliens). So slight deviations from the otherwise regular flashing of a pulsar could indicate the passing of gravitational waves.

It turns out that the exact gravitational center – the barycenter – of the solar system is not in the middle of the sun, but rather about 330 feet (100 meters) above the sun’s surface, according to the new study. Image via Tonia Klein/ NANOGrav Physics Frontier Center/ Vanderbilt University.

In the statement from these scientists, Taylor said that understanding the exact location of the barycenter of the solar system helps in the search for gravitational waves from supermassive black holes. What is the barycenter, exactly? Perhaps you know that – as in the Earth-moon system, for example – the moon doesn’t orbit the center of Earth. Instead, both Earth and moon orbit around the barycenter, or common center of gravity in the system. In the Earth-moon system, the center of gravity, or barycenter, is inside Earth, but not at the center of Earth. It’s about 2,902 miles (4,671 km) from Earth’s center, or about 75% of the way from Earth’s center to its surface.

Likewise, the barycenter – or center of mass – in our solar system isn’t in the middle of the sun. It’s near the sun’s surface, about 330 feet (100 meters) above the sun’s surface, according to the new study. These scientists’ statement called this point “the location of absolute stillness in our solar system.”

So understanding the location of the exact gravitational center of the solar system helps scientists measure the very slight but detectable changes in pulsar flashes caused by passing gravitational waves. That location has been estimated before, using data from Doppler tracking. This provides the locations and trajectories of objects as they orbit the sun. But that can lead to errors and inconsistent results, showing evidence of gravitational waves that aren’t really there. Co-author Joe Simon said:

The catch is that errors in the masses and orbits will translate to pulsar-timing artifacts that may well look like gravitational waves.

Graphic depiction of gravitational waves generated by two black holes orbiting each other. Image via LIGO/ T. Pyle/ Elm.

Artist’s concept of a peculiar black hole system, in which 2 small black holes are merging in the disk surrounding a 3rd, supermassive black hole. To find the most massive black holes, researchers are measuring the timing of light flashes coming from pulsars, as affected by gravitational waves. Image via Caltech/ R. Hurt (IPAC).

We weren’t detecting anything significant in our gravitational wave searches between solar system models, but we were getting large systematic differences in our calculations. Typically, more data delivers a more precise result, but there was always an offset in our calculations.

So how do the researchers account for the previous errors and inconsistencies, and improve the accuracy of detecting the gravitational waves? They decided to try a different approach, searching for the gravity waves and the exact gravitational center of the solar system at the same time. And it worked. They were even able to specifically pinpoint the center of gravity in the solar system to within 100 meters! The precise gravitational center of the solar system is not in the center of the sun, as might be presumed. It is actually only about 330 feet above the surface of the sun, according to the paper. This discrepancy is due to the affect of the huge mass of the largest planet, Jupiter. Taylor said:

Our precise observation of pulsars scattered across the galaxy has localized ourselves in the cosmos better than we ever could before. By finding gravitational waves this way, in addition to other experiments, we gain a more holistic overview of all different kinds of black holes in the universe.

Stephen Taylor at Vanderbilt University, co-author of the new study. Image via Vanderbilt University.

Just a few days ago, it was reported that, for the first time, astronomers had observed visible light from a black hole merger. In this system, two smaller black holes are merging together within a disk of material surrounding a supermassive black hole 12.8 billion light-years away. Such mergers have been detected before by the gravitational waves they create, but this was the first time that a flare-like visible light phenomenon had also been seen. The light comes from the gaseous disk of material surrounding the larger black hole, not from within the black holes themselves.

NANOGrav will continue to collect additional pulsar timing data, and astronomers are confident that this will lead to the unequivocal discovery of more supermassive black holes.

Bottom line: New study says that the best way to find the most massive black holes is to measure gravitational waves at the precise gravitational center of the solar system.


Astronomers find possible hints of gravitational waves

An international team of astronomers – including 17 Cornellians – report they have found the first faint, low-frequency whispers that may be gravitational waves from gigantic, colliding black holes in distant galaxies.

A group of international astronomers have found the first faint evidence of gravitational waves from merging, supermassive black holes.

The findings were obtained from more than 12.5 years of data collected from the national radio telescopes at Green Bank, West Virginia, and the recently collapsed dish at the Arecibo Observatory, in Arecibo, Puerto Rico.

The research was announced Jan. 11 at a press conference at the American Astronomical Society’s national meeting, held online due to the COVID-19 pandemic. The press conference highlighted the research, “The NANOGrav 12.5-year Data Set: Search for an Isotropic Stochastic Gravitational-wave Background,” published Dec. 24 in The Astrophysical Journal Letters.

The astronomers are all participants in the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) project, which uses pulsars – rapidly spinning dense stars – that act as wave detectors and cosmic timekeepers.

Merging gargantuan black holes create gravitational waves that can send ripples through space-time and affect a pulsar’s timekeeping regularity – ultimately indicating that Earth’s position in the universe may have slightly shifted.

“We must be clear: We are not yet claiming to have detected gravitational waves,” said Shami Chatterjee, Ph.D. ’03, a Cornell principal research scientist in the College of Arts and Sciences’ (A&S) Department of Astronomy. “We have detected a signal that is consistent with the existence of gravitational waves, but we can’t prove that quite yet. We think this is the tip of the iceberg, but we have to actually demonstrate it to our own satisfaction.”

To get a sense of the size of these gravitational waves, recall the wave detection by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in early 2016, when scientists caught two black holes merging.

The merger set off kilohertz waves that were hundreds of kilometers in length, small enough to allow Earth-based detectors to capture them from kilometer-wide, land-based sensors. That finding confirmed a major prediction of Albert Einstein’s 1915 general theory of relativity.

In the NANOGrav case, gigantic black holes are in the process of merging.

“The masses we’re talking about are the giant black holes that are in the centers of galaxies,” said James Cordes, the George Feldstein Professor of Astronomy (A&S). “They are a billion times the mass of the sun. They’re monsters.”

And these monsters are generating nanohertz-scale gravitational quavers that are light-years in length, said Cordes. Thus, astronomers enlist pulsars to help detect these waves.

The paper notes that 47 pulsars were studied to gather this data currently the astronomers are using 80 pulsars. Cordes said the plan is for the project’s astronomers to use about 200 pulsars, once they secure telescope time on other radio telescopes – to replace the time lost at the Arecibo Observatory, which recently collapsed.

In addition to Cordes and Chatterjee, the other Cornellians who work on this project include:

  • Ross Jennings, doctoral candidate
  • H. Thankful Cromartie, NASA Einstein Postdoctoral Fellow
  • Adam Brazier, computational scientist, Cornell Center for Advanced Computing
  • Maura A. McLaughlin, Ph.D. ‘01, professor, West Virginia University, a member of NANOgrav and co-director of the Physics Frontier Center
  • Michael T. Lam, Ph.D. ’16, assistant professor, Rochester Institute of Technology
  • T. Joseph W. Lazio, Ph.D. ’97, chief scientist of the Interplanetary Network Directorate, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology
  • Dustin R. Madison, Ph.D. ’15, postdoctoral fellow, University of West Virginia
  • David L. Kaplan ’98, visiting associate professor, University of Wisconsin, Madison
  • Dan Stinebring M.S. ’78, Ph.D. ’82, emeritus professor of physics, Oberlin College
  • Caitlin A. Witt ’16, Brent J. Shapiro-Albert (former summer student), and Jacob E. Turner (former summer student), doctoral students at the University of West Virginia
  • Duncan Lorimer, professor and associate dean for research, University of West Virginia, former astronomer at the Arecibo Observatory
  • Zaven Arzoumanian, deputy principal investigator and science lead, NASA Goddard Spaceflight Center, former postdoctoral researcher at Cornell and
  • Timothy Dolch, assistant professor, Hillsdale College, former postdoctoral researcher at Cornell.

Cordes and Chatterjee are members of Cornell’s Carl Sagan Institute.

NANOGrav – of which Cornell is a founding member – is joint venture between the National Science Foundation and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Both organizations provided funding.


Gravitational wave astronomy of single sources with a pulsar timing array

The stability of radio millisecond pulsars as celestial clocks allows for the possibility to detect and study the properties of gravitational waves (GWs) when the received pulses are timed jointly in a ‘Pulsar Timing Array’ (PTA) experiment. Here, we investigate the potential of detecting the GW from individual binary black hole systems using PTAs and calculate the accuracy for determining the GW properties. This is done in a consistent analysis, which at the same time accounts for the measurement of the pulsar distances via the timing parallax.

We find that, at low redshift, a PTA is able to detect the nano-hertz GW from super-massive black hole binary systems with masses of ∼10 8 –10 10 M less than ∼10 5 yrs before the final merger. Binaries with more than ∼10 3 –10 4 yr before merger are effectively monochromatic GW, and those with less than ∼10 3 –10 4 yr before merger may allow us to detect the evolution of binaries.

For our findings, we derive an analytical expression to describe the accuracy of a pulsar distance measurement via timing parallax. We consider 5 yr of bi-weekly observations at a precision of 15 ns for close-by (∼0.5–1 kpc) pulsars. Timing 20 pulsars would allow us to detect a GW source with an amplitude larger than 5 × 10 −17 . We calculate the corresponding GW and binary orbital parameters and their measurement precision. The accuracy of measuring the binary orbital inclination angle, the sky position and the GW frequency is calculated as functions of the GW amplitude. We note that the ‘pulsar term’, which is commonly regarded as noise, is essential for obtaining an accurate measurement for the GW source location.

We also show that utilizing the information encoded in the GW signal passing the Earth also increases the accuracy of pulsar distance measurements. If the GW is strong enough, one can achieve sub-parsec distance measurements for nearby pulsars with distance less than ∼0.5–1 kpc.


Astronomers find possible hints of gravitational waves

An international team of astronomers – including 17 Cornellians – report they have found the first faint, low-frequency whispers that may be gravitational waves from gigantic, colliding black holes in distant galaxies.

The findings were obtained from more than 12.5 years of data collected from the national radio telescopes at Green Bank, West Virginia, and the recently collapsed dish at the Arecibo Observatory, in Arecibo, Puerto Rico.

The research was announced Jan. 11 at a press conference at the American Astronomical Society’s national meeting, held online due to the COVID-19 pandemic. The press conference highlighted the research, “The NANOGrav 12.5-year Data Set: Search for an Isotropic Stochastic Gravitational-wave Background,” published Dec. 24 in The Astrophysical Journal Letters.

The astronomers are all participants in the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) project, which uses pulsars – rapidly spinning dense stars – that act as wave detectors and cosmic timekeepers.

Merging gargantuan black holes create gravitational waves that can send ripples through space-time and affect a pulsar’s timekeeping regularity – ultimately indicating that Earth’s position in the universe may have slightly shifted.

“We must be clear: We are not yet claiming to have detected gravitational waves,” said Shami Chatterjee, Ph.D. ’03, a Cornell principal research scientist in the College of Arts and Sciences’ (A&S) Department of Astronomy. “We have detected a signal that is consistent with the existence of gravitational waves, but we can’t prove that quite yet. We think this is the tip of the iceberg, but we have to actually demonstrate it to our own satisfaction.”

To get a sense of the size of these gravitational waves, recall the wave detection by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in early 2016, when scientists caught two black holes merging.

The merger set off kilohertz waves that were hundreds of kilometers in length, small enough to allow Earth-based detectors to capture them from kilometer-wide, land-based sensors. That finding confirmed a major prediction of Albert Einstein’s 1915 general theory of relativity.

In the NANOGrav case, gigantic black holes are in the process of merging.

“The masses we’re talking about are the giant black holes that are in the centers of galaxies,” said James Cordes, the George Feldstein Professor of Astronomy (A&S). “They are a billion times the mass of the sun. They’re monsters.”

And these monsters are generating nanohertz-scale gravitational quavers that are light-years in length, said Cordes. Thus, astronomers enlist pulsars to help detect these waves.

The paper notes that 47 pulsars were studied to gather this data currently the astronomers are using 80 pulsars. Cordes said the plan is for the project’s astronomers to use about 200 pulsars, once they secure telescope time on other radio telescopes – to replace the time lost at the Arecibo Observatory, which recently collapsed.

In addition to Cordes and Chatterjee, the other Cornellians who work on this project include:

  • Ross Jennings, doctoral candidate
  • H. Thankful Cromartie, NASA Einstein Postdoctoral Fellow
  • Adam Brazier, computational scientist, Cornell Center for Advanced Computing
  • Maura A. McLaughlin, Ph.D. ‘01, professor, West Virginia University, a member of NANOgrav and co-director of the Physics Frontier Center
  • Michael T. Lam, Ph.D. ’16, assistant professor, Rochester Institute of Technology
  • T. Joseph W. Lazio, Ph.D. ’97, chief scientist of the Interplanetary Network Directorate, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology
  • Dustin R. Madison, Ph.D. ’15, postdoctoral fellow, University of West Virginia
  • David L. Kaplan ’98, visiting associate professor, University of Wisconsin, Madison
  • Dan Stinebring M.S. ’78, Ph.D. ’82, emeritus professor of physics, Oberlin College
  • Caitlin A. Witt ’16, Brent J. Shapiro-Albert (former summer student), and Jacob E. Turner (former summer student), doctoral students at the University of West Virginia
  • Duncan Lorimer, professor and associate dean for research, University of West Virginia, former astronomer at the Arecibo Observatory
  • Zaven Arzoumanian, deputy principal investigator and science lead, NASA Goddard Spaceflight Center, former postdoctoral researcher at Cornell and
  • Timothy Dolch, assistant professor, Hillsdale College, former postdoctoral researcher at Cornell.

Cordes and Chatterjee are members of Cornell’s Carl Sagan Institute.

NANOGrav – of which Cornell is a founding member – is joint venture between the National Science Foundation and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Both organizations provided funding.


Videoya baxın: Günəş sisteminin planetləri (Sentyabr 2021).