Gravitaatioaalto havaittiin suoraan ensimmäisen kerran vuonna 2015 sen jälkeen, kun Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria vuonna 1916 ennusti sen sata vuotta. Mutta jatkuva, matala taajuus gravitaatio-wave Background (GWB), jonka uskotaan olevan läsnä kaikkialla maailmankaikkeus ei ole toistaiseksi havaittu suoraan. Pohjois-Amerikan Nanohertz-observatorion tutkijat Gravitaatioaallot (NANOGrav) ovat äskettäin raportoineet havaitseensa matalataajuisen signaalin, joka voisi olla "gravitaatioaallon tausta (GWB)".
Einsteinin vuonna 1916 esittämä yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että suuret kosmiset tapahtumat, kuten supernova tai mustat aukot pitäisi tuottaa gravitaation aallot jotka leviävät kautta CasinoUniverse. Maapallon pitäisi olla täynnä gravitaation aallot kaikista suunnista koko ajan, mutta niitä ei havaita, koska niistä tulee erittäin heikkoja saavuttaessaan maan. Kesti noin vuosisadan gravitaatioaaltojen suora havaitseminen, kun vuonna 2015 LIGO-Virgo-tiimi onnistui havaitsemaan gravitaation aallot tuotettu kahden yhdistymisen seurauksena mustat aukot sijaitsee 1.3 miljardin valovuoden etäisyydellä Maasta (1). Tämä tarkoitti myös, että havaitut väreet olivat tiedon kantajia kosmisesta tapahtumasta, joka tapahtui noin 1.3 miljardia vuotta sitten.
Vuoden 2015 ensimmäisen havainnon jälkeen hyvä määrä gravitaatio aaltoilee on tallennettu tähän päivään mennessä. Suurin osa niistä johtui kahden yhdistymisen seurauksena mustat aukot, harvat johtuivat kahden neutronitähden törmäyksestä (2). Kaikki havaittu gravitaation aallot toistaiseksi olleet episodisia, johtuen binääriparista mustat aukot tai neutronitähdet, jotka kiertyvät ja sulautuvat yhteen tai törmäävät toisiinsa (3) ja olivat korkeataajuisia, lyhyen aallonpituuden (millisekuntien alueella).
Koska on kuitenkin mahdollista, että lähteitä on suuri määrä gravitaation aallot vuonna maailmankaikkeus siksi monet gravitaation aallot yhdessä kaikkialta maailmankaikkeus saattaa kulkea jatkuvasti maan läpi koko ajan muodostaen taustan tai melun. Tämän tulisi olla jatkuvaa, satunnaista ja matalataajuista pienaaltoa. On arvioitu, että osa siitä on voinut jopa olla peräisin alkuräjähdyksestä. Nimeltään gravitaatio-wave Background (GWB), tätä ei ole toistaiseksi havaittu (3).
Mutta saatamme olla läpimurron partaalla – Pohjois-Amerikan Nanohertz-observatorion tutkijat Gravitaatioaallot (NANOGrav) ovat raportoineet havaitseensa matalataajuisen signaalin, joka voisi olla "gravitaatioaallon tausta (GWB) (4,5,6).
Toisin kuin LIGO-virgo-tiimi, joka havaitsi gravitaatioaalto yksittäisistä pareista mustat aukot, NANOGrav-tiimi on etsinyt pysyviä, meluisia, "yhdistettyjä" gravitaatioaalto lukemattomat ovat luoneet erittäin pitkän ajan kuluessa mustat aukot vuonna maailmankaikkeus. Painopiste oli "erittäin pitkällä aallonpituudella" gravitaatioaalto "gravitaatioaaltospektrin" toisessa päässä.
Toisin kuin valo ja muut sähkömagneettiset säteilyt, gravitaatioaaltoja ei voida tarkkailla suoraan kaukoputkella.
NANOGrav-tiimi valitsi millisekunnin pulsarit (MSP), jotka pyörivät erittäin nopeasti pitkän aikavälin stabiiliudella. Näistä pulsereista tulee tasaista valokuviota, jota gravitaatioaallon pitäisi muuttaa. Ajatuksena oli tarkkailla ja tarkkailla joukkoa ultrastabiileja millisekunnin pulsareita (MSP) korreloivien muutosten varalta signaalien saapumisajankohdassa, mikä luo "Galaxy-kokoinen" gravitaatioaaltoilmaisin omassamme galaxy. Ryhmä loi pulsarien ajoitusjärjestelmän tutkimalla 47 tällaista pulsaria. Arecibon observatorio ja Green Bank Telescope olivat radio mittauksiin käytetyt teleskoopit.
Tähän mennessä saatu tietokanta sisältää 47 MSP:tä ja yli 12.5 vuoden havaintoja. Tämän perusteella GWB:n suoraa havaitsemista ei voida lopullisesti todistaa, vaikka havaitut matalataajuiset signaalit osoittavat sen vahvasti. Ehkä seuraava askel olisi sisällyttää joukkoon enemmän pulsareita ja tutkia niitä pidempään herkkyyden parantamiseksi.
Opiskelemaan maailmankaikkeus, tiedemiehet olivat yksinomaan riippuvaisia sähkömagneettisista säteilyistä, kuten valosta, röntgensäteistä, radio aalto jne. Koska painovoiman havaitseminen vuonna 2015 ei liity lainkaan sähkömagneettiseen säteilyyn, se avasi tutkijoille uuden mahdollisuuden tutkia taivaankappaleita ja ymmärtää maailmankaikkeus erityisesti ne taivaalliset tapahtumat, jotka ovat näkymättömiä sähkömagneettisille tähtitieteilijöille. Lisäksi, toisin kuin sähkömagneettinen säteily, gravitaatioaallot eivät ole vuorovaikutuksessa aineen kanssa, joten ne kulkevat käytännössä esteettömästi kuljettaen tietoa niiden alkuperästä ja lähteestä ilman vääristymiä.(3)
Gravitaatioaallon taustan (GWB) havaitseminen laajentaisi mahdollisuuksia entisestään. Saattaa jopa tulla mahdolliseksi havaita alkuräjähdyksen synnyttämät aallot, jotka voivat auttaa meitä ymmärtämään niiden alkuperän maailmankaikkeus paremmalla tavalla.
***
Viitteet:
- Castelvecchi D. ja Witze A., 2016. Einsteinin gravitaatioaallot löytyivät vihdoin. Luontouutisia 11. helmikuuta 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Mitkä 50 gravitaatioaaltotapahtumaa paljastavat maailmankaikkeudesta. Nature News Julkaistu 30. lokakuuta 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Gravitaatioaaltojen lähteet ja tyypit. Saatavilla verkossa osoitteessa https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Käytetty 12.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav löytää mahdollisia "ensimmäisiä vihjeitä" matalataajuisista gravitaatioaaltojen taustasta. Saatavilla verkossa osoitteessa http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Käytetty 12
- NANOGrav Collaboration 2021. Lehdistötilaisuus – Gravitaatioaallon taustan etsiminen 12.5 vuoden NANOGrav-tiedoista. 11. tammikuuta 2021. Saatavilla verkossa osoitteessa http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. NANOGrav 12.5 vuoden tietojoukko: Etsi isotrooppinen stokastinen gravitaatioaallon tausta. The Astrophysical Journal Letters, osa 905, numero 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
