Forskare har använt ett rymdobservatorium i "galaxstorlek" för att hitta möjliga antydningar om en unik signal från gravitationsvågor, eller de kraftfulla krusningarna som rör sig genom universum och förvränger själva tyget av rum och tid.

De nya rönen, som nyligen dök upp i The Astrophysical Journal Letters , kommer från ett amerikanskt och kanadensiskt projekt kallat North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

I över 13 år, NANOGrav-forskare har tittat på ljuset som strömmar från dussintals pulsarer spridda över Vintergatans galax för att försöka upptäcka en "gravitationsvågbakgrund". Det är vad forskare kallar det stadiga flödet av gravitationsstrålning som, enligt teorin, sköljer över jorden på en konstant basis. Teamet har ännu inte bestämt det målet, men det närmar sig än någonsin tidigare, sade Joseph Simon, en astrofysiker vid University of Colorado Boulder och huvudförfattare till den nya artikeln.

"Vi har hittat en stark signal i vår datauppsättning, sa Simon, en postdoktor vid institutionen för astrofysik och planetvetenskap. "Men vi kan ännu inte säga att detta är gravitationsvågens bakgrund."

Under 2017, forskare på ett experiment kallat Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) vann Nobelpriset i fysik för den första direkta upptäckten av gravitationsvågor någonsin. Dessa vågor skapades när två svarta hål slog in i varandra ungefär 130 miljoner ljusår från jorden, genererar en kosmisk chock som spred sig till vårt eget solsystem.

Den händelsen motsvarade en cymbalkrasch – en våldsam och kortlivad explosion. Gravitationsvågorna som Simon och hans kollegor letar efter, i kontrast, är mer som det stadiga brummandet av konversationer på ett fullsatt cocktailparty.

Att upptäcka att bakgrundsljud skulle vara en stor vetenskaplig bedrift, öppnar ett nytt fönster till hur universum fungerar, han lade till. Dessa vågor, till exempel, skulle kunna ge forskare nya verktyg för att studera hur de supermassiva svarta hålen i mitten av många galaxer smälter samman över tiden.

"Dessa lockande första antydningar om en gravitationsvågsbakgrund tyder på att supermassiva svarta hål sannolikt smälter samman och att vi guppar i ett hav av gravitationsvågor som porlar från supermassiva svarta håls sammanslagningar i galaxer över universum, " sa Julie Comerford, en docent i astrofysisk och planetarisk vetenskap vid CU Boulder och NANOGrav-teammedlem.

Simon kommer att presentera sitt teams resultat på en virtuell presskonferens på måndag vid det 237:e mötet i American Astronomical Society.

Galaktiska fyrar

Genom sitt arbete på NANOGrav, Simon och Comerford är en del av en hög insats, om än samarbetsvilligt, internationell kapplöpning för att hitta gravitationsvågens bakgrund. Deras projekt går samman med två andra från Europa och Australien för att bilda ett nätverk som kallas International Pulsar Timing Array.

Simon sa att åtminstone enligt teorin, sammansmältande galaxer och andra kosmologiska händelser producerar en stadig ström av gravitationsvågor. De är enorma – en enda våg, Simon sa, kan ta år eller till och med längre tid att passera jorden. Av den anledningen, inga andra existerande experiment kan upptäcka dem direkt.

"Andra observatorier söker efter gravitationsvågor som är i storleksordningen sekunder, " sa Simon. "Vi letar efter vågor som är i storleksordningen år eller decennier."

Han och hans kollegor var tvungna att bli kreativa. NANOGrav-teamet använder teleskop på marken inte för att leta efter gravitationsvågor utan för att observera pulsarer. Dessa kollapsade stjärnor är galaxens fyrar. De snurrar i otroligt höga hastigheter, skickar strålningsströmmar som störtar mot jorden i ett blinkande mönster som förblir mestadels oförändrat under eonerna.

Simon förklarade att gravitationsvågor förändrar det stadiga mönstret av ljus som kommer från pulsarer, dra eller klämma de relativa avstånden som dessa strålar färdas genom rymden. Forskare, med andra ord, kanske kan upptäcka gravitationsvågens bakgrund helt enkelt genom att övervaka pulsarer för korrelerade förändringar i tidpunkten för när de anländer till jorden.

"Dessa pulsarer snurrar ungefär lika snabbt som din köksmixer, ", sa han. "Och vi tittar på avvikelser i deras timing på bara några hundra nanosekunder."

Något där

För att hitta den subtila signalen, NANOGrav-teamet strävar efter att observera så många pulsarer som möjligt så länge som möjligt. Hittills, gruppen har observerat 45 pulsarer i minst tre år och, i vissa fall, i drygt ett decennium.

Det hårda arbetet verkar ge resultat. I deras senaste studie, Simon och hans kollegor rapporterar att de har upptäckt en distinkt signal i sina data:Någon vanlig process verkar påverka ljuset som kommer från många av pulsarerna.

"Vi gick igenom var och en av pulsarerna en efter en. Jag tror att vi alla förväntade oss att hitta några som var de fula som slängde våra data, " sa Simon. "Men sedan kom vi igenom dem alla, och vi sa, 'Herregud, det är faktiskt något här."

Forskarna kan fortfarande inte säga säkert vad som orsakar den signalen. De kommer att behöva lägga till fler pulsarer till sin datauppsättning och observera dem under längre perioder för att avgöra om det faktiskt är gravitationsvågens bakgrund på jobbet.

"Att kunna detektera gravitationsvågens bakgrund kommer att vara ett stort steg men det är egentligen bara steg ett, " sade han. "Steg två är att fastställa vad som orsakar dessa vågor och att upptäcka vad de kan berätta för oss om universum."