გრავიტაციული ტალღის ფონი (GWB): გარღვევა პირდაპირ გამოვლენაში

გრავიტაციული ტალღა პირველად აღმოაჩინა 2015 წელს, 1916 წელს აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიერ მისი წინასწარმეტყველებიდან ერთი საუკუნის შემდეგ. მაგრამ, უწყვეტი, დაბალი სიხშირე გრავიტაციული-ტალღის ფონი (GWB), რომელიც, როგორც ვარაუდობენ, არის მთელს ტერიტორიაზე სამყარო ჯერჯერობით უშუალოდ არ არის აღმოჩენილი. ჩრდილოეთ ამერიკის ნანოჰერცის ობსერვატორიის მკვლევარებმა Გრავიტაციული ტალღები (NANOGrav) ახლახანს გამოაცხადა დაბალი სიხშირის სიგნალის აღმოჩენის შესახებ, რომელიც შეიძლება იყოს "გრავიტაციული ტალღის ფონი (GWB)".   

ფარდობითობის ზოგადი თეორია, რომელიც წამოაყენა აინშტაინმა 1916 წელს, პროგნოზირებს, რომ ძირითადი კოსმოსური მოვლენები, როგორიცაა სუპერნოვა ან შერწყმა. შავ ხვრელებად უნდა აწარმოოს გრავიტაციული ტალღები რომ მრავლდება მეშვეობით სამყარო. დედამიწა უნდა გაირეცხოს გრავიტაციული ტალღები ყველა მხრიდან ყოველთვის, მაგრამ ისინი არ არის გამოვლენილი, რადგან ისინი უკიდურესად სუსტდებიან დედამიწაზე მისვლისას. დაახლოებით ერთი საუკუნე დასჭირდა გრავიტაციული ტალღების პირდაპირ აღმოჩენას, როდესაც 2015 წელს LIGO-Virgo-ს გუნდმა წარმატებით გამოავლინა. გრავიტაციული ტალღები წარმოებული ორის შერწყმის შედეგად შავ ხვრელებად მდებარეობს დედამიწიდან 1.3 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე ⁽¹⁾. ეს ასევე იმას ნიშნავდა, რომ აღმოჩენილი ტალღები იყო ინფორმაციის მატარებელი კოსმოსური მოვლენის შესახებ, რომელიც მოხდა დაახლოებით 1.3 მილიარდი წლის წინ.  

2015 წელს პირველი აღმოჩენის შემდეგ, კარგი რაოდენობა გრავიტაციული ტალღები დაფიქსირებულია დღემდე. მათი უმეტესობა ორის შერწყმამ გამოიწვია შავ ხვრელებად, რამდენიმე იყო ორი ნეიტრონული ვარსკვლავის შეჯახების გამო ⁽²⁾. ყველა აღმოჩენილია გრავიტაციული ტალღები აქამდე იყო ეპიზოდური, გამოწვეული ორობითი წყვილის გამო შავ ხვრელებად ან ნეიტრონული ვარსკვლავები, რომლებიც სპირალურად მოძრაობენ და ერწყმიან ან ეჯახებიან ერთმანეთს ⁽³⁾ და იყვნენ მაღალი სიხშირის, მოკლე ტალღის სიგრძის (მილიწამების დიაპაზონში).   

თუმცა, ვინაიდან არსებობს დიდი რაოდენობის წყაროების შესაძლებლობა გრავიტაციული ტალღები იმ სამყარო ამიტომ ბევრი გრავიტაციული ტალღები ერთად მთელი კუთხიდან სამყარო შეიძლება მუდმივად გადიოდეს დედამიწაზე და აყალიბებს ფონს ან ხმაურს. ეს უნდა იყოს უწყვეტი, შემთხვევითი და დაბალი სიხშირის მცირე ტალღა. ვარაუდობენ, რომ მისი ზოგიერთი ნაწილი შესაძლოა დიდი აფეთქებიდანაც კი წარმოიშვა. დაურეკა გრავიტაციული-ტალღის ფონი (GWB), ეს აქამდე არ არის გამოვლენილი ⁽³⁾.  

მაგრამ ჩვენ შესაძლოა გარღვევის ზღვარზე ვიყოთ - ჩრდილოეთ ამერიკის ნანოჰერცის ობსერვატორიის მკვლევარები Გრავიტაციული ტალღები (NANOGrav) იტყობინება დაბალი სიხშირის სიგნალის აღმოჩენა, რომელიც შეიძლება იყოს გრავიტაციული ტალღის ფონი (GWB) ^(4,5,6).  

განსხვავებით LIGO-ქალწული გუნდისგან, რომელმაც აღმოაჩინა გრავიტაციული ტალღა ცალკეული წყვილებიდან შავ ხვრელებადNANOGrav-ის გუნდი ეძებდა მუდმივ, ხმაურს, „კომბინირებულ“ გრავიტაციული ტალღა შექმნილია უთვალავი დროის ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში შავი ხვრელები იმ სამყარო. ყურადღება გამახვილდა "ძალიან გრძელ ტალღის სიგრძეზე" გრავიტაციული ტალღა "გრავიტაციული ტალღების სპექტრის" მეორე ბოლოში.

სინათლისა და სხვა ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან განსხვავებით, გრავიტაციული ტალღების დაკვირვება პირდაპირ ტელესკოპით შეუძლებელია.  

NANOGrav-ის გუნდმა აირჩია მილიწამი პულსარები (MSP), რომლებიც ბრუნავენ ძალიან სწრაფად გრძელვადიანი სტაბილურობით. ამ პულსერებიდან მოდის სინათლის სტაბილური ნიმუში, რომელიც უნდა შეიცვალოს გრავიტაციული ტალღით. იდეა იყო დაკვირვება და მონიტორინგი ულტრასტაბილური მილიწამიანი პულსარების ანსამბლზე (MSP) დედამიწაზე სიგნალების ჩამოსვლის დროის კორელაციური ცვლილებებისთვის, რითაც შექმნიდა ”Galaxy- ზომის” გრავიტაციული ტალღის დეტექტორი ჩვენს საკუთარში galaxy. ჯგუფმა შექმნა პულსარის დროის მასივი 47 ასეთი პულსარის შესწავლით. არესიბოს ობსერვატორია და გრინ ბანკის ტელესკოპი იყო რადიო ტელესკოპები, რომლებიც გამოიყენება გაზომვისთვის.   

აქამდე მიღებული მონაცემთა ნაკრები მოიცავს 47 MSP-ს და 12.5 წელზე მეტი ხნის დაკვირვებას. აქედან გამომდინარე, შეუძლებელია GWB-ის პირდაპირი გამოვლენის საბოლოოდ დადასტურება, თუმცა აღმოჩენილი დაბალი სიხშირის სიგნალები ამაზე ძალიან მიუთითებს. შესაძლოა, შემდეგი ნაბიჯი იყოს მასივში მეტი პულსარის ჩართვა და მათი უფრო ხანგრძლივი დროის განმავლობაში შესწავლა მგრძნობელობის გასაძლიერებლად.  

შესასწავლად სამყარომეცნიერები ექსკლუზიურად იყვნენ დამოკიდებულნი ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებაზე, როგორიცაა სინათლე, რენტგენი, რადიო ტალღა და ა.შ. იმის გამო, რომ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან სრულიად არ არის დაკავშირებული, გრავიტაციის აღმოჩენამ 2015 წელს გახსნა შესაძლებლობა მეცნიერებს, შეესწავლათ ციური სხეულები და გაეგოთ სამყარო განსაკუთრებით ის ციური მოვლენები, რომლებიც უხილავია ელექტრომაგნიტური ასტრონომებისთვის. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან განსხვავებით, გრავიტაციული ტალღები არ ურთიერთქმედებენ მატერიასთან, ამიტომ პრაქტიკულად შეუფერხებლად მოგზაურობენ და ატარებენ ინფორმაციას მათი წარმოშობისა და წყაროს შესახებ ყოველგვარი დამახინჯებისგან.⁽³⁾

გრავიტაციული ტალღის ფონის (GWB) აღმოჩენა კიდევ უფრო გააფართოვებს შესაძლებლობებს. შესაძლოა შესაძლებელი გახდეს დიდი აფეთქებისგან წარმოქმნილი ტალღების აღმოჩენაც, რაც დაგვეხმარება გავიგოთ მისი წარმოშობა სამყარო უკეთესად.

***

წყაროები:  

1. Castelvecchi D. and Witze A., 2016. აინშტაინის გრავიტაციული ტალღები ბოლოს და ბოლოს აღმოაჩინეს. Nature News 11 წლის 2016 თებერვალი. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. რას გვიჩვენებს 50 გრავიტაციული ტალღის მოვლენა სამყაროს შესახებ. Nature News გამოქვეყნდა 30 წლის 2020 ოქტომბერს. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. გრავიტაციული ტალღების წყაროები და ტიპები. ხელმისაწვდომია ონლაინ მისამართზე https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources ხელმისაწვდომია 12 წლის 2021 იანვარს. 

4. NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav პოულობს შესაძლო „პირველ მინიშნებებს“ დაბალი სიხშირის გრავიტაციული ტალღების ფონის შესახებ. ხელმისაწვდომია ონლაინ მისამართზე http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html ხელმისაწვდომია 12 წლის 2021 იანვარს 

5. NANOGrav Collaboration 2021. პრესის ბრიფინგი – გრავიტაციული ტალღის ფონის ძიება NANOGrav მონაცემების 12.5 წლის განმავლობაში. 11 იანვარი 2021. ხელმისაწვდომია ონლაინ მისამართზე http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. NANOGrav 12.5 წლის მონაცემთა ნაკრები: იზოტროპული სტოქასტური გრავიტაციული ტალღის ფონის ძიება. The Astrophysical Journal Letters, ტომი 905, ნომერი 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***