Scienty

Фото: img.freepik.com

Гравитационные волны наногерцового диапазона, порождаемые пульсарами и относящиеся к сверхнизким частотам, способны предоставить ценную информацию об устройстве Вселенной, и недавние исследования, проведенные в Японии, открывают ученым возможность расшифровать эти сигналы.

С тех пор, как эти гравитационные волны наногерцового диапазона были обнаружены в 2023 году, их неясное происхождение вызывает дискуссии в научном сообществе. Международные коллаборации, занимающиеся синхронизацией наблюдений, зафиксировали эти волны, и исследователи предложили две вероятные гипотезы. Новое исследование, проведенное Университетом Хиросаки, было направлено на то, чтобы установить, какая из них наиболее точно объясняет эту космическую тайну.

Пояснение природы гравитационных волн в наногерцовом диапазоне

Пульсары характеризуются стабильностью своих вспышек, что делает их почти столь же предсказуемыми, как ход часов. Используя радиотелескопы, ученые могут фиксировать эти импульсы, чтобы получить информацию о том, что они говорят о Вселенной и о самих пульсарах.

С 2023 года несколько исследовательских групп из США и Европы заявили о потенциальном открытии нового типа гравитационных волн. Данные волны, известные как наногерцовые гравитационные волны, распространены в масштабных размерах и характеризуются длинами волн, измеряемыми световыми годами, а также периодами, достигающими нескольких месяцев или лет. Для полноценного наблюдения за этими волнами ученым требуется широкая область обзора, которую можно обеспечить, проводя наблюдения на расстояниях от сотен до тысяч световых лет.

«Полученный сигнал имел статистическую значимость, однако не достиг значения в 5 сигма, которое обычно требуется в области физики элементарных частиц », — отметил Хидеки Асада, специалист в области теоретической физики и преподаватель Университета Хиросаки. « Несмотря на то, что это пока лишь убедительные данные, не являющиеся окончательным подтверждением, космологи и астрофизики полагают, что мы находимся на пороге первого обнаружения наногерцовых гравитационных волн ».

Несмотря на то, что для подтверждения выводов необходимы дополнительные сведения, определение происхождения этой значимой информации представляет собой отдельную проблему.

Источники волновых возмущений

«Два основных источника наногерцовых гравитационных волн выделены », — сказал Асада. «Среди них — космическая инфляция, потенциально вызвавшая возмущения пространства-времени в ранней Вселенной, которые впоследствии увеличились до огромных размеров. Альтернативным объяснением являются сверхмассивные двойные черные дыры, возникающие в процессе слияния галактик. Оба этих механизма способны порождать гравитационные волны в наногерцовом диапазоне ».

Несмотря на то, что источник гравитационных волн остается постоянным, объекты, деформирующие пространство-время в разных точках на пути импульса к Земле, способны изменять их частоту до достижения сигналов к нам. Эти искажения не являются произвольными; ученые могут распознавать в них конкретные закономерности, напоминающие волны, распространяющиеся по поверхности водоема.

Асада и Шуна Ямамото, ученый из Высшей школы науки и технологий Университета Хиросаки, разработали инновационный способ идентификации источника этих таинственных гравитационных волн, представив его в статье, опубликованной в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. В процессе работы они выявляют колебания, которые формируются при взаимодействии волн, практически совпадающих по частоте, и это оказывает продолжительное воздействие на согласованность импульсов, когда они достигают наших земных наблюдательных пунктов.

Ритм космоса

Для определения моментов усиления и ослабления сигналов исследователи использовали биения, полученные в результате объединения двух волн с близкими частотами. Это позволило им выявить двойную черную дыру, поскольку черные дыры характеризуются схожими частотами, что приводит к появлению узнаваемого биения в их сигналах. Обнаружение такого биения свидетельствует о наличии двух отдельных и подобных источников, а не о случайных помехах от космического микроволнового фона. Для получения окончательных выводов необходимо дополнительное, более убедительное подтверждение существования гравитационных волн в наногерцовом диапазоне.

«По моему мнению, после того, как обнаружение будет подтверждено с достоверностью в пять сигма, вероятно, в течение нескольких лет, следующим вопросом станет: каким образом возникли эти волны? » — заключил Асада.

«На данном этапе предложенный нами подход позволяет установить, являются ли наблюдаемые явления следствием инфляции или результатом гравитационного взаимодействия близлежащих сверхмассивных черных дыр ».

Статья команды была в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 15 октября 2025 года.