Радиотелескоп в Паркесе, прозванный местными «Тарелка»

Эксперимент по обнаружению гравитационных волн, длящийся уже одиннадцать лет, не смог обнаружить их присутствия. Использовавшиеся в эксперименте радиотелескопы не смогли зафиксировать ничего, что можно было бы интерпретировать в поддержку теории наличия этих волн.

О завершении текущей фазы эксперимента рассказали астрономы из обсерватории города Паркес, Австралия. Она входит Объединение австралийских национальных обсерваторий, и является ключевым звеном программы Parkes Pulsar Timing Array по поиску гравитационных волн при помощи временных пульсарных решёток. Эта программа, в свою очередь, является частью большой международной программы International Pulsar Timing Array, в которой, кроме PPTA, участвуют группы обсерваторий из Европы (EPTA) и Северной Америки (NANOGrav).

Задача программы – обнаружить низкочастотные (от 10^-9 до 10^-6 Гц) гравитационные волны, предсказанные ещё Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Согласно гипотезе, такие волны могут излучать двойные системы из двух чёрных дыр, находящихся в центрах сливающихся галактик. В таких системах чёрные дыры массой в десятки миллионов солнечных вращаются вокруг общего центра масс с периодами от нескольких месяцев до нескольких лет.

Для поиска волн учёные использовали выборку из нескольких десятков миллисекундных пульсаров. Пульсары – это вращающиеся нейтронные звёзды, испускающие лучи электромагнитного излучения. Когда луч вращающегося пульсара проходит по планете Земля, мы можем засечь его при помощи радиотелескопов. Благодаря вращению пульсаров это событие случается с определёнными периодами – обычно от нескольких секунд до нескольких миллисекунд. В рамках проекта распределённых вычислений Einstein@Home на 2012 год было найдено 63 пульсара.

Как известно, пульсары являются прекрасными космическими «таймерами», поскольку их пульсации строго периодичны. Поэтому, если при помощи телескопа удалось бы засечь изменение в периодичности поступление сигнала, можно было бы предположить, что в этом виновна проходящая между наблюдателем и пульсаром гравитационная волна.

Такие волны, по расчётам, должны влиять на время прибытия пульсов и изменять их на величины порядка нескольких десятков наносекунд. Такие временные промежутки являются хотя и достаточно маленькими, но всё же вполне измеримыми.

Учёные наблюдали за каждым из выбранных пульсаров примерно раз в неделю. Даже при успешном обнаружении гравитационных волн, в этом эксперименте невозможно было бы определить их источник – он мог бы находиться в любой точке небесной сферы внутри участка в 100 квадратных градусов. В участке такого размера могли присутствовать тысячи сливающихся галактик.

Но, к сожалению, подтверждения расчётам получено не было. И уже есть несколько теорий на этот счёт. Одна из них гласит, что при слиянии галактик центральные чёрные дыры достаточно быстро отдают свою энергию, взаимодействуя с окружающим их межзвёздным газом, и поэтому не вращаются подолгу друг вокруг друга, а стремительно сливаются. Некоторые учёные предлагают в связи с этим перейти на поиск волн более высокой частоты.

Но на этом, конечно, история не заканчивается. 18 сентября заработала обновлённая версия лазерного детектора гравитационных волн LIGO, а в 2016 году начнётся строительство большого радиотелескопа «Квадратная километровая решётка» (Square Kilometre Array, SKA). У этих проектов как раз имеется возможность засечь гравитационные волны более высокой частоты – испускаемые, например, сливающимися нейтронными звёздами.