Международное сотрудничество NANOGrav, опирающееся на данные, полученные в результате пульсарного тайминга (высокоточных измерений времени прихода импульсов), осуществило первую в истории попытку обнаружения гравитационного рассеяния миллисекундных пульсаров на свободно перемещающихся объектах — планетах-сиротах, коричневых карликах и крупных астероидах. Несмотря на отсутствие прямых подтверждений, проведенное исследование позволило определить новые ограничения на число подобных объектов вблизи пульсаров.
Объекты, не связанные гравитацией со звёздами и свободно перемещающиеся в пространстве, встречаются в Млечном Пути довольно часто. Однако непосредственное обнаружение таких объектов представляет собой сложную задачу. В рамках нового исследования астрофизики предложили альтернативный метод: поиск не самих объектов, а их гравитационного воздействия на сверхточные «часы» Вселенной – миллисекундные пульсары. Если массивный объект проходит мимо пульсара по гиперболической траектории, его гравитация незначительно смещает пульсар, что приводит к крошечным, но предсказуемым задержкам в поступлении его импульсов на Землю.
В ходе анализа 15-летнего массива данных NANOGrav, включающего высокоточные временные измерения 68 миллисекундных пульсаров, ученые выявляли сигналы, потенциально связанные с рассеянием объектов. Объекты рассматривались в широком диапазоне масс, начиная от небольших астероидов и заканчивая коричневыми карликами.
Отсутствие статистически значимых событий позволило определить точные границы допустимой плотности свободно перемещающихся объектов. Так, для тел, сравнимых по массе с Юпитером, в окрестностях изученных пульсаров верхний предел плотности составил от нескольких миллионов до нескольких миллиардов на кубический парсек. Комплексный анализ данных по всем 68 пульсаров привел к более строгому ограничению — приблизительно 600 тысяч объектов на кубический парсек.
Несмотря на соответствие прогнозам, установленные ограничения пока что существенно ниже, чем значения, определенные с помощью гравитационного микролинзирования. Однако это исследование открывает совершенно новый, независимый способ поиска и изучения группы трудноуловимых объектов, находящихся в межзвёздном пространстве, в том числе гипотетические первичные чёрные дыры.
Повышение точности метода будет связано с увеличением времени наблюдений и вводом в эксплуатацию новых радиотелескопов, например, Square Kilometer Array. Это увеличит вероятность непосредственного обнаружения гравитационных взаимодействий и позволит более точно оценить количество одиночных планет и других объектов, скрывающихся в Галактике.