Kada se crne rupe i drugi enormno masivni, gusti objekti okreću jedan oko drugog, oni odašilju talase u prostoru i vremenu koje se nazivaju gravitacioni talasi. Ovi talasi su jedan od retkih načina na koji imamo da proučavamo zagonetne kosmičke divove koji ih stvaraju.
Astronomi su primetili visokofrekventne „cvrkute“ crnih rupa koje se sudaraju, ali se pokazalo da je ultra-niskofrekventnu tutnjavu supermasivnih crnih rupa koje kruže jedna oko druge teže otkriti. Decenijama posmatramo pulsare, vrstu zvezde koja pulsira poput svetionika, u potrazi za slabim talasanjem ovih talasa.
Danas, istraživačke saradnje pulsara širom sveta — uključujući i našu, Parkesov pulsar Timing Arrai — objavile su svoje do sada najjače dokaze o postojanju ovih talasa.
Godine 1915, fizičar nemačkog porekla Albert Ajnštajn predstavio je revolucionarni uvid u prirodu gravitacije: opštu teoriju relativnosti.
Teorija opisuje univerzum kao četvorodimenzionalnu „tkaninu“ nazvanu prostor-vreme koja se može rastezati, stiskati, savijati i uvijati. Masivni predmeti izobličuju ovu tkaninu da bi izazvali gravitaciju.
Zanimljiva posledica teorije je da kretanje masivnih objekata treba da proizvede talase u ovoj tkanini, nazvane gravitacioni talasi, koji se šire brzinom svetlosti.
Potrebna je ogromna količina energije za stvaranje najsitnijeg od ovih talasa. Iz tog razloga, Ajnštajn je bio uveren da gravitacioni talasi nikada neće biti direktno posmatrani.
Vek kasnije, istraživači iz saradnje LIGO i Virgo bili su svedoci sudara dve crne rupe, što je poslalo rafal gravitacionih talasa koji su cvrkutali širom univerzuma.
Sada, sedam godina nakon ovog otkrića, radio astronomi iz Australije, Kine, Evrope, Indije i Severne Amerike pronašli su dokaze za ultra-niskofrekventne gravitacione talase.
Za razliku od iznenadnog naleta gravitacionih talasa prijavljenih 2016. godine, ovim gravitacionim talasima ultra-niske frekvencije su potrebne godine ili čak decenije da osciliraju.
Očekuje se da će ih proizvoditi parovi supermasivnih crnih rupa, koje kruže oko jezgara udaljenih galaksija širom univerzuma. Da bi pronašli ove gravitacione talase, naučnici bi morali da naprave detektor veličine galaksije.
Ili možemo da koristimo pulsare, koji su već rašireni po galaksiji, a čiji impulsi stižu do naših teleskopa sa pravilnošću preciznih satova.
CSIRO-ov radio teleskop Parkes, Murriiang, posmatra niz ovih pulsara skoro dve decenije. Naš tim Parkes Pulsar Timing Arrai je jedna od nekoliko kolaboracija širom sveta koje su danas objavile nagoveštaje gravitacionih talasa u svojim najnovijim skupovima podataka.
Druge saradnje u Kini (CPTA), Evropi i Indiji (EPTA i InPTA) i Severnoj Americi (NANOGrav) vide slične signale.
Signal koji tražimo je nasumični „okean“ gravitacionih talasa koji proizvode svi parovi supermasivnih crnih rupa u univerzumu.
Posmatranje ovih talasa nije samo još jedan trijumf Ajnštajnove teorije, već ima važne posledice za naše razumevanje istorije galaksija u univerzumu. Supermasivne crne rupe su motori u srcu galaksija koji se hrane gasom i regulišu formiranje zvezda.
Signal se pojavljuje kao niskofrekventna tutnjava, uobičajena za sve pulsare u nizu. Kako gravitacioni talasi zapljuskuju Zemlju, oni utiču na prividne brzine rotacije pulsara.
Rastezanje i stiskanje naše galaksije ovim talasima na kraju menja rastojanje do pulsara za samo desetine metara. To nije mnogo kada su pulsari obično udaljeni oko 1.000 svetlosnih godina (to je oko 10.000.000.000.000.000.000 metara).
Zanimljivo je da ove pomake u prostor-vremenu možemo posmatrati kao nanosekundna kašnjenja impulsa, koje radio astronomi mogu pratiti sa relativnom lakoćom jer su pulsari tako stabilni prirodni satovi.
Pošto su gravitacionim talasima ultra-niske frekvencije potrebne godine da osciliraju, očekuje se da će se signal pojaviti sporo.
Prvo, radio astronomi su primetili uobičajenu tutnjavu u pulsarima, ali njeno poreklo nije poznato.
Sada, jedinstveni otisak prsta gravitacionih talasa počinje da se pojavljuje kao atribut ovog signala, posmatran od strane svake saradnje niza vremena pulsara širom sveta.
Ovaj otisak prsta opisuje poseban odnos između sličnosti kašnjenja pulsa i ugla razdvajanja između parova pulsara na nebu.
Odnos nastaje zato što je prostor-vreme na Zemlji rastegnuto, menjajući udaljenosti do pulsara na način koji zavisi od njihovog pravca. Pulsari blizu jedan drugom na nebu pokazuju sličniji signal nego pulsari odvojeni pod pravim uglom, na primer.
Proboj je omogućen poboljšanom tehnologijom u našim opservatorijama. Parkes Pulsar Timing Arrai ima najduži skup podataka visokog kvaliteta, zahvaljujući naprednom prijemniku i tehnologiji obrade signala instaliranoj na Murriiangu. Ova tehnologija je omogućila teleskopu da otkrije mnoge od najboljih pulsara koje koriste saradnje širom sveta za pretragu gravitacionih talasa.
Raniji rezultati naše saradnje i drugi pokazali su da signal koji se očekuje od gravitacionih talasa nedostaje iz posmatranja pulsara.
Sada, izgleda da vidimo signal sa relativnom jasnoćom. Segmentiranjem našeg dugačkog skupa podataka u kraće „vremenske isečke“, pokazujemo da se čini da signal raste s vremenom. Osnovni uzrok ovog zapažanja je nepoznat, ali može biti da se gravitacioni talasi ponašaju neočekivano.
Novi dokazi za ultra-niskofrekventne gravitacione talase su uzbudljivi za astronome. Da bi potvrdili ove potpise, globalne saradnje će morati da kombinuju svoje skupove podataka, što višestruko povećava njihovu osetljivost na gravitacione talase.
Napori da se proizvede ovaj kombinovani skup podataka sada su u toku u okviru projekta International Pulsar Timing Arrai, čiji su se članovi sastali u Port Daglasu na krajnjem severu Kvinslenda prošle nedelje. Buduće opservatorije, poput polja kvadratnih kilometara u izgradnji u Australiji i Južnoj Africi, pretvoriće ove studije u bogat izvor znanja o istoriji našeg univerzuma.
