NANOGrav (англ. North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) — консорциум астрономов[1], занимающийся обнаружением гравитационных волн посредством наблюдения миллисекундных пульсаров с использованием радиотелескопов Грин-Бэнк и Аресибо. Проект осуществляется в сотрудничестве с международными партнерами в PPTA (Parkes Pulsar Timing Array) в Австралии и EPTA (European Pulsar Timing Array) в рамках консорциума IPTA[англ.] (International Pulsar Timing Array).
Обнаружение гравитационных волн с помощью расчёта времени пульсаров
правитьГравитационные волны — важное предсказание общей теории относительности Эйнштейна. Предполагается, что они являются результатом переносного движения материи, флуктуаций в ранней Вселенной и динамики пространства-времени как такового. Пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звёзды с мощным магнитным полем, формирующиеся в процессе взрывов сверхновых. Они используются в качестве высокоточных часов в разнообразных областях астрофизики, включая небесную механику, сейсмологию нейтронных звёзд, исследования сильных гравитационных полей и галактическую астрономию.
Идея использовать пульсары как детекторы гравитационных волн была первоначально предложена М.В. Сажиным[2] и С.Л. Детвейлером[3] в конце 1970-х. Идея состоит в том, чтобы рассматривать барицентр Солнечной системы и далёкий пульсар как противоположные концы воображаемого рычага в пространстве. Пульсар выступает в качестве эталонных часов на одном конце рычага, посылая регулярные сигналы, которые регистрируются наблюдателем на Земле. Прохождение гравитационных волн возмущает локальную пространственно-временную метрику и приводит к изменениям в частоте вращения наблюдаемого пульсара.
Хеллингс и Даунс[4] впоследствии расширили эту идею до пульсарной решётки и обнаружили, что стохастический фон гравитационных волн производит коррелированный сигнал для различных угловых расстояний. Точность результатов в этом исследовании ограничена точностью и стабильностью частоты пульсаров в решётке. После обнаружения первого миллисекундного пульсара в 1982 году Фостер и Бекер[5] были среди первых астрономов, добившихся значительного увеличения чувствительности при регистрации гравитационных волн, применяя анализ Хеллингса-Даунса к решётке высокостабильных миллисекундных пульсаров.
В последнее десятилетие, с появлением современных систем цифрового сбора данных, новых радиотелескопов и приёмных систем и открытий многих новых пульсаров было достигнуто значительное улучшение чувствительности массивов пульсарных временных решёток к гравитационным волнам. Исследование группы Хоббса 2010 года[6] обобщает текущие результаты деятельности международного сообщества. Исследование группы Демореста 2013 года[7] содержит данные, собранные за 5 лет, их анализ и текущий верхний предел стохастического гравитационно-волнового фона. За ним последовали выпуски данных за девять и одиннадцать лет в 2015 и 2018 годах соответственно. Каждый из них дополнительно ограничивал фон гравитационных волн, а во втором случае были усовершенствованы методы точного определения барицентра Солнечной системы.
В 2020 году коллаборация представила первое свидетельство фона гравитационных волн в рамках выпуска данных за 12,5 лет, приняв форму шума, соответствующего ожиданиям; однако его нельзя однозначно отнести к гравитационным волнам.
В Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики 2020 года Национальные академии наук назвали NANOGrav одним из восьми среднемасштабных астрофизических проектов, рекомендованных в качестве высокоприоритетных для финансирования в следующем десятилетии.
В июне 2023 года NANOGrav опубликовала дополнительные доказательства стохастического фона гравитационных волн, используя выпуск данных за 15 лет. В частности, он обеспечивает измерение кривой Хеллингса-Даунса, уникального признака гравитационно-волнового происхождения наблюдений. В 2024 году они выпустили препринт.
Источники финансирования
правитьИсследовательская активность NANOGrav поддержана грантами от NSERC[англ.] в Канаде, NSF и RCSA[англ.] в США. NSF недавно вручила грант в $6,8 млн исследователям в NANOGrav в рамках программы PIRE (Partnerships for International Research and Education). В своём недавнем Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики Национальные академии наук обозначили NANOGrav среди восьми астрофизических проектов среднего уровня, рекомендуемых к высокоприоритетному финансированию в следующем десятилетии.
Примечания
править- ↑ Jenet, F.; et al. "The North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves". arXiv:0909.1058.
{{cite arXiv}}: Явное указание et al. в:|author=(справка) - ↑ Sazhin, M.V. Opportunities for detecting ultralong gravitational waves (англ.) // Sov. Astron.[англ.] : journal. — 1978. — Vol. 22. — P. 36—38.
- ↑ Detweiler, S.L. Pulsar timing measurements and the search for gravitational waves (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1979. — Vol. 234. — P. 1100—1104. — doi:10.1086/157593. — .
- ↑ Hellings, R.W.; Downs, G.S. Upper limits on the isotropic gravitational radiation background from pulsar timing analysis (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1983. — Vol. 265. — P. L39—L42. — doi:10.1086/183954. — .
- ↑ Foster, R.S.; Backer, D.C. Constructing a pulsar timing array (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1990. — Vol. 361. — P. 300—308. — doi:10.1086/169195. — .
- ↑ Hobbs, G. et al. The International Pulsar Timing Array project: using pulsars as a gravitational wave detector (англ.) // Classical and Quantum Gravity : journal. — 2010. — Vol. 27, no. 8. — P. 084013. — doi:10.1088/0264-9381/27/8/084013. — . — arXiv:0911.5206.
- ↑ Demorest, P. et al. Limits on the Stochastic Gravitational Wave Background from the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2013. — Vol. 762, no. 2. — P. 94—118. — doi:10.1088/0004-637X/762/2/94. — . — arXiv:1201.6641.