Ett team av fysiker har utvecklat en metod för att upptäcka gravitationsvågor med så låga frekvenser att de kan låsa upp hemligheterna bakom de tidiga faserna av sammanslagningar mellan supermassiva svarta hål, de tyngsta objekten i universum.
Metoden kan detektera gravitationsvågor som svänger bara en gång vart tusen år, 100 gånger långsammare än någon tidigare uppmätt gravitationsvåg.
"Dessa är vågor som når oss från universums yttersta hörn, som kan påverka hur ljus färdas", säger JEFF DROR, Ph.D., biträdande professor i fysik vid University of Florida och medförfattare till den nya studien. "Att studera dessa vågor från det tidiga universum kommer att hjälpa oss att bygga en komplett bild av vår kosmiska historia, analogt med tidigare upptäckter av den kosmiska mikrovågsbakgrunden."
Dror och hans medförfattare, postdoktorn William DeRocco vid University of California, Santa Cruz, publicerade sina resultat i Physical Review Letters .
Gravitationsvågor är besläktade med krusningar i rymden. Liksom ljudvågor eller vågor på havet varierar gravitationsvågorna i både frekvens och amplitud, information som ger insikter om deras ursprung och ålder. Gravitationsvågor som når oss kan svänga vid extremt låga frekvenser, mycket lägre än ljudvågor som kan detekteras för det mänskliga örat. Några av de lägsta frekvenserna som upptäckts tidigare var så låga som en nanohertz.
"För referens," förklarade Dror, "frekvensen av ljudvågor som skapas av ett alligatorvrål är ungefär 100 miljarder gånger högre än denna frekvens – de här är mycket låga vågor."
Deras nya detektionsmetod bygger på att analysera pulsarer och neutronstjärnor som sänder ut radiovågor med mycket regelbundna intervall. Dror antog att sökandet efter en gradvis avmattning av ankomsten av dessa pulser kunde avslöja nya gravitationsvågor.
Genom att studera befintliga pulsardata kunde Dror söka efter gravitationsvågor med lägre frekvenser än någonsin tidigare, vilket ökade vårt "hörselomfång" till så låga frekvenser som 10 pikohertz, 100 gånger lägre än tidigare försök som upptäckte vågor på nanohertznivå.
Även om gravitationsvågor med frekvenser runt en nanohertz har upptäckts tidigare, är inte mycket känt om deras ursprung. Det finns två teorier. Den ledande idén är att dessa vågor är resultatet av en sammanslagning mellan två supermassiva svarta hål, vilket, om det stämmer, skulle ge forskare ett nytt sätt att studera beteendet hos dessa gigantiska objekt som ligger i hjärtat av varje galax.
Den andra huvudteorin är att dessa vågor skapades av någon sorts katastrofal händelse tidigt i universums historia. Genom att studera gravitationsvågor vid ännu lägre frekvenser kan de kanske särskilja dessa möjligheter.
"När vi ser framåt är nästa steg att analysera nyare datamängder," sa Dror. "Datauppsättningarna vi använde var främst från 2014 och 2015, och ett stort antal pulsarobservationer har genomförts sedan dess."
Dror planerar också att köra simuleringar på låtsasdata med hjälp av UF:s HiPerGator superdator för att reda ut kosmisk historia ytterligare. Superdatorn kan effektivt köra stora, komplexa simuleringar, vilket avsevärt minskar tiden som krävs för att analysera data.
Mer information: William DeRocco et al, Using Pulsar Parameter Drifts to Detect Subnanohertz Gravitational Waves, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101403. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2212.09751
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev , arXiv
Tillhandahålls av University of Florida
