Sisteme binare de găuri negre supermasive creând unde gravitaționale
Credit: NANOGrav / Olena Shmahalo
La zorii timpului, conform teoriei, cosmosul a trecut printr-o expansiune rapidă. Aproape instantaneu, universul vizibil a crescut de la un volum mai mic decât un proton la o regiune sferică de aproape doi metri în diametru. Este un moment cunoscut ca inflația cosmică timpurie.
Deși inflația rezolvă mai multe probleme cosmice, precum omogenitatea universului și raportul de hidrogen față de heliu pe care îl observăm, nu am reușit să o demonstrăm. Dar am putea să o demonstrăm căutând un anumit tip de undă gravitațională.
Dacă inflația este reală, atunci ar fi provocat oscilații gravitaționale în întregul univers, asemănător modului în care lovirea unui clopot îl face să răsune.
Aceste unde gravitaționale ar fi mult prea slabe pentru a fi studiate cu observatoarele gravitaționale actuale, precum LIGO, așa că astronomii au încercat să le observe indirect prin observații ale pulsarilor.
Ideea este destul de ingenioasă. Pulsarii emit impulsuri radio la rate extrem de regulate. Cu excepția unei ușoare încetiniri în timp și a ocazionalelor erori de sincronizare, pulsarii acționează ca niște ceasuri cosmice de mare precizie.
Observând mulți pulsari, astronomii pot vedea mici fluctuații în sincronizarea lor datorită mișcării lor relative față de noi. Cu puțină statistică, ei pot observa efectul undelor gravitaționale cu lungime de undă mare în timp ce acestea traversează galaxia noastră.
Proiecte precum North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) au început deja să facă acest lucru.
Dar simpla detectare a undelor gravitaționale cu lungime de undă mare nu este suficientă pentru a demonstra inflația, așa cum subliniază un studiu recent. Inflația cosmică nu este singurul lucru care ar produce un fundal uniform de unde gravitaționale. Și găurile negre supermasive binare le produc, astfel că provocarea va fi să distingem între cele două surse.
După cum subliniază autorii studiului, un semnal deosebit de puternic de la un sistem binar supermasiv ar putea fi imposibil de distins de undele gravitaționale inflaționare, dar sistemele binare din mai multe galaxii apropiate ar produce fiecare semnale cu frecvențe ușor diferite.
Undele lor gravitaționale ar putea interfera între ele pentru a crea tipare anume în undele gravitaționale, la fel cum două note similare pot produce un sunet „amestecat” pentru urechile noastre.
După cum arată autorii, analizând bătăile gravitaționale și încercând să identifice aceste semnale de interferență, astronomii ar putea identifica sursele binare de găuri negre și ar putea chiar să le filtreze pentru a găsi frecvența cosmică a inflației.
Nu avem încă suficiente date observaționale pentru a face asta. Deocamdată, datele NANOGrav nu sunt suficient de solide pentru a constitui o detecție concludentă a undelor gravitaționale.
Dar asta se va schimba, iar dacă vom continua să ascultăm semnalele radio ale pulsarilor, am putea descoperi în cele din urmă „ritmul inflaționar” al nopții.
Studiul menționat: Yamamoto, Shun, and Hideki Asada. “Can we hear beats with pulsar timing arrays?” arXiv preprint arXiv:2501.13450 (2025). ︎
Sursa: The Rhythm of the night (CC BY-NC) de Brian Koberlein.
