Framandi stjörnur hjálpa okkur að heyra öldugang frá samruna risasvarthola í alheiminum
Stjarneðlisfræðingar í NANOGrav verkefinu hafa í fyrsta sinn fundið merki um þyngdarbylgjuklið í alheiminum. Talið er að þyngdarbylgjurnar eigi að mestu rætur að rekja til hringsól tvíeykja risasvarthola í miðju vetrabrauta. Ef rétt reynist eru niðurstöðurnar merkilegar, þótt þær komi ekkert sérstaklega á óvart, en þær hjálpa okkur að skilja betur risasvarthol, samruna vetrarbrauta og þróun þeirra.
Þegar hamfarir verða í alheiminum, til dæmis hringsól risasvarthola, veldur það öldugangi í geimnum. Ölduganginn köllum við þyngdarbylgjur. Lengi hefur verið talið að þetta gerist svo oft að geimurinn allur ætti að vera á iði eins og ólgusjór. Þá verður til þyngdarbylgjubakgrunnur eða þyngdarbylgjukliður þar sem öldurnar koma úr öllum áttum í geimnum. Kliðnum mætti líkja við klið í áhorfendum á sinfóníutónleikum á meðan hljómsveitin stillir saman strengi.
Til þess að mæla þetta urðu stjarneðlisfræðingar að nýta sér framandi stjörnur sem kallast tifstjörnur. Tifstjörnur eru gríðarþéttar leifar sprunginna stjarna, aðeins minni en höfuðborgarsvæðið en vega á við tvær sólir eða svo. Tifstjörnur snúast gríðarlega hratt og senda frá sér útvarpspúlsa eða tif, eins og ljósgeisli frá vita. Þegar púlsinn skellur á Jörðinni mælum við tif sem, í tilviki tifstjörnunnar í stjörnumerkinu Seglinu, hljómar svona:
Tifstjörnur eru eins og heimsins nákvæmustu klukkur og nýttu stjarneðlisfræðingarnir sér tæplega 70 slíkar stjörnur í Vetrarbrautinni okkar til tímamælinga. Segja má að við höfum breytt hálfri Vetrarbrautinni okkar í tímamæli - tifstjörnutímatökuröð (e. pulsar timing array).
Almenna afstæðiskenning Einsteins spáir nákvæmlega fyrir um áhrifin sem þyngdarbylgjur hafa á merkin frá tifstjörnunum. Þegar alda eða þyngdarbylgja ferðast um geiminn, þá sveigir og bjagast rúmið á milli okkar og tifstjarnanna. Merkinu eða tifinu frá tifstjörnunum seinkar eða flýtist vegna þess á örlítinn en fyrirséðan hátt. Ímyndaðu þér bauju á sjónum sem gefur frá sér tif en færist til og frá okkur til skiptist út af ölduganginum.
Eiginlega er hálf ótrúlegt að það skuli hreinlega vera hægt að mæla þetta því öldurnar eru svo gríðarlega langar. Ímyndaðu þér öldur á hafinu sem berast á 30 ára fresti eða sem nemur einu nanóriði.
Með því tímamæla tifstjörnur einu sinni í mánuði með öflugustu útvarpssjónaukum í heiminum yfir 15 ára tímabil var hægt að nema áhrif þessara gríðarlöngu þyngdarbylgna á tifstjörnurnar. Mælingarnar ríma við að þyngdarbylgjur komi frá tvíeykjum risasvarthola í alheiminum að hringsóla hvort um annað og munu á endanum renna saman í eitt.
Útvarpssjónaukar um allan heim voru notaðir til að mæla tifstjörnur yfir 15 ára tímabil í leit að þyngdarbylgjum. Mynd: Olena Shmahalo
Þetta eru merkilegar niðurstöður sem hjálpa okkur að skilja hvernig alheimurinn virkar. Þær koma svo sem ekkert sérstaklega á óvart því við höfum lengi átt von á því að í alheiminum væri öldugangur út af samruna risasvarthola.
Niðurstöðurnar eru þó ekki alveg fullkomlega pottþéttar en líkurnar á að merkin séu tilviljun eru einn á móti þúsund. Með öðrum orðum þarf að gera enn frekari rannsóknir. Séu niðurstöðurnar réttar bendir það til þess að tvíeyki risasvarthola séu algengari en við áttum von á og jafnvel enn massameiri en búist var við. Ennfremur er mögulegt að hluti öldugangsins séu þyndgarbylgjur frá sjálfum Miklahvelli. Það mundi veita innsýn í uppruna alheimsins.
Við erum byrjuð að hlusta á alheiminn með því að kortleggja öldugangiinn í honum með hjálp dauðra stjarna! Það er dálítið magnað.
Viðbót: Við höfum áður numið þyngdarbylgjur með hjálp LIGO og VIRGO sjónaukanna. Munurinn er sá að LIGO nemur samruna lítilla svarthola og þyngdarbylgjurnar sem þá verða til og hafa styttri öldulengd (hærri tíðni). NANOGrav nemur þyngdarbylgjur með miklu lengri bylgjulengd (lága tíðni) frá hringsóli risasvarthola áður en þau renna saman í eitt.
Stjarneðlisfræðingar finna merki um þyngdarbylgjuklið í alheiminum
Sævar Helgi Bragason 29. jún. 2023 Fréttir
Framandi stjörnur hjálpa okkur að heyra öldugang frá samruna risasvarthola í alheiminum
Stjarneðlisfræðingar í NANOGrav verkefinu hafa í fyrsta sinn fundið merki um þyngdarbylgjuklið í alheiminum. Talið er að þyngdarbylgjurnar eigi að mestu rætur að rekja til hringsól tvíeykja risasvarthola í miðju vetrabrauta. Ef rétt reynist eru niðurstöðurnar merkilegar, þótt þær komi ekkert sérstaklega á óvart, en þær hjálpa okkur að skilja betur risasvarthol, samruna vetrarbrauta og þróun þeirra.
Þegar hamfarir verða í alheiminum, til dæmis hringsól risasvarthola, veldur það öldugangi í geimnum. Ölduganginn köllum við þyngdarbylgjur. Lengi hefur verið talið að þetta gerist svo oft að geimurinn allur ætti að vera á iði eins og ólgusjór. Þá verður til þyngdarbylgjubakgrunnur eða þyngdarbylgjukliður þar sem öldurnar koma úr öllum áttum í geimnum. Kliðnum mætti líkja við klið í áhorfendum á sinfóníutónleikum á meðan hljómsveitin stillir saman strengi.
Til þess að mæla þetta urðu stjarneðlisfræðingar að nýta sér framandi stjörnur sem kallast tifstjörnur. Tifstjörnur eru gríðarþéttar leifar sprunginna stjarna, aðeins minni en höfuðborgarsvæðið en vega á við tvær sólir eða svo. Tifstjörnur snúast gríðarlega hratt og senda frá sér útvarpspúlsa eða tif, eins og ljósgeisli frá vita. Þegar púlsinn skellur á Jörðinni mælum við tif sem, í tilviki tifstjörnunnar í stjörnumerkinu Seglinu, hljómar svona:
Tifstjörnur eru eins og heimsins nákvæmustu klukkur og nýttu stjarneðlisfræðingarnir sér tæplega 70 slíkar stjörnur í Vetrarbrautinni okkar til tímamælinga. Segja má að við höfum breytt hálfri Vetrarbrautinni okkar í tímamæli - tifstjörnutímatökuröð (e. pulsar timing array).
Almenna afstæðiskenning Einsteins spáir nákvæmlega fyrir um áhrifin sem þyngdarbylgjur hafa á merkin frá tifstjörnunum. Þegar alda eða þyngdarbylgja ferðast um geiminn, þá sveigir og bjagast rúmið á milli okkar og tifstjarnanna. Merkinu eða tifinu frá tifstjörnunum seinkar eða flýtist vegna þess á örlítinn en fyrirséðan hátt. Ímyndaðu þér bauju á sjónum sem gefur frá sér tif en færist til og frá okkur til skiptist út af ölduganginum.
Eiginlega er hálf ótrúlegt að það skuli hreinlega vera hægt að mæla þetta því öldurnar eru svo gríðarlega langar. Ímyndaðu þér öldur á hafinu sem berast á 30 ára fresti eða sem nemur einu nanóriði.
Með því tímamæla tifstjörnur einu sinni í mánuði með öflugustu útvarpssjónaukum í heiminum yfir 15 ára tímabil var hægt að nema áhrif þessara gríðarlöngu þyngdarbylgna á tifstjörnurnar. Mælingarnar ríma við að þyngdarbylgjur komi frá tvíeykjum risasvarthola í alheiminum að hringsóla hvort um annað og munu á endanum renna saman í eitt.
Útvarpssjónaukar um allan heim voru notaðir til að mæla tifstjörnur yfir 15 ára tímabil í leit að þyngdarbylgjum. Mynd: Olena Shmahalo
Þetta eru merkilegar niðurstöður sem hjálpa okkur að skilja hvernig alheimurinn virkar. Þær koma svo sem ekkert sérstaklega á óvart því við höfum lengi átt von á því að í alheiminum væri öldugangur út af samruna risasvarthola.
Niðurstöðurnar eru þó ekki alveg fullkomlega pottþéttar en líkurnar á að merkin séu tilviljun eru einn á móti þúsund. Með öðrum orðum þarf að gera enn frekari rannsóknir. Séu niðurstöðurnar réttar bendir það til þess að tvíeyki risasvarthola séu algengari en við áttum von á og jafnvel enn massameiri en búist var við. Ennfremur er mögulegt að hluti öldugangsins séu þyndgarbylgjur frá sjálfum Miklahvelli. Það mundi veita innsýn í uppruna alheimsins.
Við erum byrjuð að hlusta á alheiminn með því að kortleggja öldugangiinn í honum með hjálp dauðra stjarna! Það er dálítið magnað.
Viðbót: Við höfum áður numið þyngdarbylgjur með hjálp LIGO og VIRGO sjónaukanna. Munurinn er sá að LIGO nemur samruna lítilla svarthola og þyngdarbylgjurnar sem þá verða til og hafa styttri öldulengd (hærri tíðni). NANOGrav nemur þyngdarbylgjur með miklu lengri bylgjulengd (lága tíðni) frá hringsóli risasvarthola áður en þau renna saman í eitt.