[ad_1]
Eine 15-jährige Studie mit beobachteten Radiosignalen der 67 Pulsare kam zu dem Schluss, dass der gesamte Kosmos von wellenförmigen Gravitationswellen erfüllt ist.
Gravitationswellen sind Wellen im Gefüge des Weltraums und wurden bereits 1916 von Albert Einstein vorhergesagt. Dies geschah kurz nachdem er seine berühmte allgemeine Relativitätstheorie formulierte, die die Schwerkraft als eine Verformung der Raumzeitgeometrie beschreibt.
Nach Einsteins Theorie werden diese Wellen durch sich schnell bewegende massive Körper erzeugt, die auf ähnliche Weise erzeugt werden, wie beschleunigte Ladungen elektromagnetische Wellen ausstrahlen. Allerdings sind Gravitationswellen in den meisten Fällen sehr schwach und schwer zu erkennen, und es hat fast ein Jahrhundert gedauert, bis Wissenschaftler Detektoren entwickelt haben, die sie registrieren können.
„Im Jahr 2015 nutzten Wissenschaftler ein Experiment namens LIGO, um erstmals Gravitationswellen nachzuweisen, und zeigten, dass Einstein Recht hatte. Bisher konnten diese Methoden jedoch nur Wellen bei hohen Frequenzen einfangen“, erklärte Chiara Mingarelli, Astrophysikerin an der Yale University und Mitglied des NANOGrav-Experiments. „Diese schnellen ‚Zwitschern‘ entstehen in bestimmten Momenten, in denen relativ kleine Schwarze Löcher und tote Sterne aufeinanderprallen.“
Die Frequenz der Gravitationswellen, die LIGO und seine europäisch Und japanisch Die Gegenstücke können Bereiche von einigen Hertz bis zu einigen Kilohertz beobachten, was ausreicht, um Wellen zu erkennen, die von relativ kleinen Schwarzen Löchern und Neutronensternen emittiert werden, deren Massen nur ein paar Mal größer sind als die Masse unserer Sonne. Allerdings gibt es im Universum viel größere Objekte, die kollidieren und Gravitationswellen aussenden können.
„Galaxien im gesamten Universum kollidieren und verschmelzen ständig“, erklärte Szabolcs Marka, Astrophysiker an der Columbia University. „Wenn dies geschieht, glauben Wissenschaftler, dass auch die riesigen Schwarzen Löcher in den Zentren dieser Galaxien zusammenkommen und in einen Tanz verwickelt werden, bevor sie schließlich ineinander kollabieren.“
Diese gigantischen Schwarzen Löcher können Millionen oder sogar Milliarden Mal größer sein als die Objekte, deren Verschmelzungen von LIGO und anderen Detektoren aufgezeichnet wurden, was zu Gravitationswellen führt, die ebenfalls Milliarden Mal größer sind.
Ein galaxiengroßer Detektor
Wellenlänge und Frequenz sind umgekehrt proportional, daher hat eine massive Gravitationswellenlänge eine winzige Frequenz, im Fall von Gravitationswellen, die von supermassiven Schwarzen Löchern emittiert werden, haben sie Frequenzen im Nanohertz-Bereich. Der Nachweis dieser niederfrequenten Strahlung mit so großen Wellenlängen, die oft mehrere Billionen Kilometer lang sind, ist mit Detektoren wie LIGO nicht möglich.
„Wir mussten einen Detektor bauen, der ungefähr der Größe der Galaxie entsprach“, sagte NANOGrav-Forscher Michael Lam vom SETI-Institut in einem Pressemitteilung. Dieser „Detektor“ bestand aus 67 Pulsaren, die die NANOGrav-Kollaboration im Laufe von 15 Jahren mit dem beobachtete Arecibo Observatorium in Puerto Rico die Green Bank-Teleskop in West Virginia und die Sehr große Arrays in New Mexico.
Bei diesen Pulsaren handelt es sich um schnell rotierende Neutronensterne mit sehr starken Magnetfeldern, die von ihren Polen starke Radiowellen aussenden. Astronomen können diese Strahlung nur beobachten, wenn die Pole der Sterne zur Erde zeigen und ihrer Strahlung ein charakteristisches Pulsieren verleihen.
„[Any pulsar is] „wie eine vollkommen regelmäßige Uhr, die weit draußen im Weltraum tickt“, sagte NANOGrav-Mitglied Sarah Vigeland, Astrophysikerin an der University of Wisconsin-Milwaukee. „Aber wenn Gravitationswellen das Gefüge der Raumzeit verzerren, verändern sie tatsächlich den Abstand zwischen der Erde und diesen Pulsaren und erzeugen so einen gleichmäßigen Schlag.“
In ihre aktuelle Studie veröffentlicht in Die astrophysikalischen TagebuchbriefeDas NANOgrav-Team verglich die beobachteten Radiosignale der 67 Pulsare und kam zu dem Schluss, dass der gesamte Kosmos tatsächlich mit Gravitationswellen im Nanohertz-Bereich gefüllt ist, die wahrscheinlich von verschmelzenden supermassiven Schwarzen Löchern ausgestrahlt werden.
„Es ist wirklich das erste Mal, dass wir Beweise für diese großräumige Bewegung von allem im Universum haben“, sagte Maura McLaughlin, Co-Direktorin von NANOGrav.
Diese Entdeckung wird es den Wissenschaftlern hoffentlich ermöglichen, die Geschichte des gesamten Universums besser zu verstehen, da die Entstehungsrate und die Anzahl supermassiver Schwarzer Löcher stark davon abhängt, wie sie in verschiedenen Phasen miteinander, mit allen anderen Materieformen und mit der Energie interagierten die Entwicklung des Universums.
„Das Hintergrundgeräusch [we] „Es wurde festgestellt, dass es „lauter“ ist, als einige Wissenschaftler erwartet hatten“, sagte Mingarelli. „Dies könnte bedeuten, dass im Weltraum mehr oder größere Verschmelzungen von Schwarzen Löchern stattfinden, als wir dachten – oder auf andere Quellen von Gravitationswellen hinweisen, die unser Verständnis des Universums in Frage stellen könnten.“
Verbesserung der Genauigkeit
Trotz der langen Dauer des Experiments und der großen Anzahl der von den Forschern beobachteten Pulsare sind die Messungen immer noch nicht sehr genau, da das Ausmaß der Raumzeitdeformation, die durch sehr weit entfernte Verschmelzungen Schwarzer Löcher verursacht wird, sehr gering und schwer zu erkennen ist. Um die Genauigkeit zu erhöhen, planen die Wissenschaftler, die Pulsare weiter zu beobachten und ihre Ergebnisse mit denen von Wissenschaftsteams aus Australien, China, Europa und Indien zu kombinieren, die Pulsare auch mit anderen Teleskopen beobachtet haben.
„Es könnte neue Türen zur ‚kosmischen Archäologie‘ öffnen, die die Geschichte der Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Galaxien rund um uns herum verfolgen kann“, sagte Marka.
Ein interessantes Merkmal dieser Erkenntnisse ist, dass die Gravitationswellen möglicherweise einen anderen Ursprung haben; Das heißt, sie dürfen nicht durch die Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher abgestrahlt werden. Eine der Hypothesen besagt, dass sie möglicherweise während einer Periode schneller Expansion im Universum entstanden sind, die als kosmologische Inflation bezeichnet wird und die einer populären Theorie über die Entwicklung des Universums zufolge in den ersten Momenten seiner Existenz hätte stattfinden sollen.
Wo auch immer diese Gravitationswellen herkommen, zukünftige Studien versprechen jedenfalls, unser Verständnis der Naturgesetze auf der grundlegendsten Ebene erheblich zu bereichern. „Wir beginnen, dieses neue Fenster zum Universum zu öffnen“, schloss Vigeland.
Referenz: Gabriella Agazie et al. Der 15-Jahres-Datensatz von NANOGrav: Hinweise auf einen Gravitationswellen-HintergrundThe Astrophysical Journal Letters (2023), DOI: 10.3847/2041-8213/acdac6
Bildnachweis: uroburos auf Pixabay
[ad_2]
Source link
