На основе многолетних наблюдений нейтронных звезд были выявлены незначительные изменения в их пульсациях. Вероятно, эти отклонения обусловлены прохождением гравитационных волн с периодом, исчисляемым годами. Данные колебания способны формировать пары сверхмассивных черных дыр в центрах удаленных галактик.
Движения массивных объектов приводят к искажению пространства-времени, порождая гравитационные волны, которые распространяются со скоростью света. С 2015 года ученые фиксируют подобные колебания, вызванные слияниями нейтронных звезд и черных дыр. Однако теперь удалось заметить гравитационные волны намного меньшей частоты, источниками которых стали объекты совершенно других масштабов — скорее всего, сверхмассивные черные дыры (СЧД). Вскоре участники работы из Европы, Австралии, Индии и Китая представят отдельные статьи о полученных результатах, а общая итоговая статья уже опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Предыдущие регистрации гравитационных волн осуществлялись с использованием специализированных лазерно-интерферометрических обсерваторий. Эти инструменты фиксируют незначительные изменения в расстоянии между зеркалами, расположенными на значительном удалении и вызванные прохождением «ряби пространства-времени». Однако они неэффективны при регистрации волн с большой длиной. Поэтому, авторы новой работы использовали совершенно иной подход, основанный на хронометрировании (тайминге) пульсаров.
Пульсары ассоциируются с вращающимися нейтронными звездами — чрезвычайно плотными объектами, обладающими сильным магнитным полем. Узкие лучи излучения исходят из их полюсов и, благодаря вращению, направляются в сторону Земли в строго определенные моменты времени. Это позволяет наблюдать пульсары как источники сигнала с четко выраженной периодичностью. Нарушения этой периодичности могут быть результатом прохождения гравитационных волн.
Пять независимых групп ученых, занимавшихся изучением пульсаров, провели эту работу. Для наблюдений использовались различные наборы пульсаров и оборудование, включая радиотелескопы обсерваторий Грин-Бэнк, Аресибо и VLA. После пятнадцати с половиной лет сбора необходимой статистики, астрономы объединили свои данные в рамках международной коллаборации NANOGrav. Это позволило им с высокой степенью уверенности утверждать о вероятном обнаружении длинных гравитационных волн.
В отличие от миллисекунд, необходимых для регистрации волн наземными гравитационными обсерваториями, их период измеряется годами. Наиболее вероятными источниками этих колебаний пространства-времени могут быть пары сверхмассивных черных дыр, которые вращаются в далеких и древних галактиках, сливающихся друг с другом. Впрочем, авторы не отбрасывают и других возможных кандидатов, включая вибрацию гипотетических « космических струн».
В общей сложности ученые идентифицировали 67 пульсаров в Млечном Пути, находящихся на расстоянии до 20 тысяч световых лет от Земли. Замеченные отклонения в их периодах вращения были крайне малы, однако благодаря обширному объему собранных данных стандартное отклонение достигло 3,5-4 сигм. Это говорит о том, что достоверность наблюдений составила более 99 процентов. Однако до пяти сигм, которые считаются «золотым стандартом» для подобных наблюдений, надежность довести пока не удалось, поэтому авторы стараются не говорить о совершенно точном и «окончательном» обнаружении гравитационных волн.