Nozīmīgs atklājums: telpa‑laiks griežas kā nemierīga jūra, secina zinātnieki

Zemas frekvences gravitācijas viļņi tika noteikti, vairākām observatorijām izsekojot pulsārus.

Apgalvojums, ka teleskopi uz Zemes ir redzējuši "gravitācijas viļņu fona" pazīmes, ir izraisījis saviļņojumu astrofizikas aprindās, kas jau vairākas dienas ir rosījusies, gaidot trešdienas vakarā publiskotos dokumentus. Šķiet, ka atklājums apstiprina Alberta Einšteina vispārējās relativitātes teorijas apbrīnojamo nozīmi, kas līdz šim ir bijusi pārāk smalka, lai to izzinātu.

Einšteina teorijā Visumā telpa nav mierīgi tukša, un laiks nevirzās gludi uz priekšu. Tā vietā masīvu objektu, tostarp supermasīvo melno caurumu, spēcīgā gravitācijas mijiedarbība regulāri saviļņo telpas un laika pamatu. Atklājas visums, kas izskatās kā nemierīga jūra, ko kuļ vardarbīgi notikumi, kas notikuši pēdējo 13 miljardu gadu laikā.

Gravitācijas viļņu fons, kā aprakstījuši astrofiziķi, nerada nekādu griešanos cilvēka ikdienas dzīvē. Bet atklājums sniedz potenciālu ieskatu fiziskajā realitātē, kurā mēs visi dzīvojam. "Mēs izmērām Zemes kustību šajā "jūrā" – tā svārstās ne tikai uz augšu un uz leju, bet svārstās visos virzienos," sacīja SETI institūta astrofiziķis un Ziemeļamerikas Nanoherca gravitācijas viļņu observatorijas (NANOGrav) loceklis Maikls Lems.

NANOGrav komanda piecos dokumentos atklāja sava pētījuma rezultātus, ko publicēja trešdien "Astrophysical Journal Letters". Arī zinātnieku komandas Eiropā, Indijā, Austrālijā un Ķīnā novērojušas šo fenomenu un plānoja publicēt savu pētījumu rezultātus vienlaikus. Vienlaicīga rakstu izlaišana no tālām un konkurētspējīgām komandām, izmantojot līdzīgu metodiku, notika zinātniekiem diplomātiskā ceļā vienojoties, ka neviena no pētnieku grupām nemēģināja ar savu atklājumu iekarot atklājumu pārējo astrofizikas kopienu.

"Mēs esam bijuši misijā pēdējos 15 gadus, lai atrastu zema toņa gravitācijas viļņu troksni, kas skan visā Visumā un izskalo mūsu galaktiku, lai izmērāmā veidā deformētu telpu laiku," ziņu brīfingā šonedēļ paziņojis NANOGrav vadītājs Stīvens Teilors no Vanderbiltas universitātes.

Pētījumā gūtie secinājumi balstās uz iepriekšējiem atklājumiem par Visumā ar neapbruņotu aci neredzamajiem pulsāriem. Pulsārs ir neitronu zvaigznes veids, īpaši blīvas mirušas zvaigznes paliekas. To sauc par pulsāru, jo tas griežas ātri, simtiem apgriezienu sekundē un izstaro radioviļņus ar vienmērīgu impulsu. Pulsāri tika atklāti tikai pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, neilgi pēc lielo radioteleskopu izgudrošanas.

NANOGrav apkopoja datus no 68 pulsāriem, izmantojot "Green Bank" teleskopu Rietumvirdžīnijā, kā arī 27 teleskopus "Karl G. Jansky Very Large Array" teleskopus Ņūmeksikā un nu jau neesošo "Arecibo" observatoriju Puertoriko.

Šo dīvaino objektu impulsi sasniedz teleskopus uz Zemes ar tādām paredzamām frekvencēm, ka tie kalpo kā kosmiski pulksteņi, gandrīz tikpat precīzi kā mūsdienu vismodernākie atompulksteņi, sacīja Jēlas astrofiziķe un NANOGrav komandas locekle Kjara Mingarelli.

Teorētiķi uzskatīja, ka zemas frekvences gravitācijas viļņi var novērst pulsāra signālu ierašanos. Šādiem zemfrekvences viļņiem var būt cekuli, kas atdalīti ar gadiem, tāpēc smalku viļņu meklējumi telpas-laika jūrā prasīja pacietību. Pulsāra datu novirze ir tik niecīga, ka bija nepieciešami 15 novērojumi, lai iegūtu pārliecinošus pierādījumus par šiem gravitācijas viļņiem, sacīja Mingarelli.

NANOGrav komanda iepriekš bija publicējusi ziņojumus ar provizoriskiem ierosinājumiem, ka pastāv fons, taču teica, ka ir nepieciešams vairāk laika, lai palielinātu pārliecību, ka signāls ir reāls, nevis tikai troksnis. "Pat eksperimenta izstrāde bija milzīgs garīgs lēciens," sacīja Mingarelli.

Gravitācijas viļņu esamību neapstrīd. 2016. gadā zinātnieki paziņoja, ka viņu vērienīgais četru gadu desmitu eksperiments LIGO, kas paredzēts lāzerinterferometra gravitācijas viļņu observatorijai, ir atklājis viļņus, kas radušies divu melno caurumu saplūšanas rezultātā. Taču nesen izziņotie viļņi nav vienreizēja parādība, tāpēc zinātnieki meklē iespējamos skaidrojumus, kāpēc kosmiskā "jūra" šādā veidā viļņojas. Supermasīvie melnie caurumi ir iecienītākais izskaidrojums.

Lielākās daļas galaktiku centrālajā reģionā vai to tuvumā atrodas supermasīvi melnie caurumi. Galaktikas saduras reti, taču Visums ir plašs, tajā ir daudzi miljardi galaktiku, kam bija pietiekami daudz laika, lai saplūstu vienai ar otru. Teorētiķi saka, ka galaktikas tikšanās laikā supermasīvie melnie caurumi abu galaktiku kodolos vispirms veiks gravitācijas deju. Viņi var riņķot viens pret otru miljoniem gadu, sacīja Lams. Šis savienojums ir pazīstams kā supermasīvs melnā cauruma binārs.

Virpuļojošā deja pietiekami lielā mērā izjauc telpas-laika pamatu, lai radītu ļoti zemas frekvences gravitācijas viļņus, kas pārvietojas pa Visumu ar gaismas ātrumu, uzskata zinātnieki. Laika gaitā no attiecīgās "deju ballītes" it kā izplūst enerģija, un supermasīvie melnie caurumi satuvinās, to orbītas periods saīsinās līdz dažām desmitgadēm. Tajā brīdī viļņu garumi sāk sasniegt pētnieku nosakāmās frekvences. Tāpēc pētnieki savā mērījumu punktā nevar precīzi noteikt, kādi avoti rada gravitācijas viļņu fona signālu, tomēr dati ir pārliecinoši teorētiskām prognozēm.

Viņš piebilda, ka teorētiķi izdomā citus iespējamos zemfrekvences signāla avotus. Bet "ja tie nenāk no supermasīviem melno caurumu bināriem failiem, būtu jānāk klajā ar kādu skaidrojumu par to, kur šie supermasīvie melnie caurumi slēpjas un kāpēc mēs neredzam to gravitācijas viļņus."

Neatkarīgi no signāla avota, paziņojums par gravitācijas viļņu fonu ir pagrieziena punkts gravitācijas viļņu astronomijas embrionālajā laukā. Tāpat kā daži astronomi izmanto dažādus gaismas viļņu garumus, lai zondētu kosmosu, tagad viņi var meklēt dažāda veida gravitācijas viļņus.