Gravitační vlna was directly detected for the first time in 2015 after a century of its prediction by Einstein’s General Theory of Relativity in 1916. But, the continuous, low frequency Gravitační-wave Background (GWB) that is thought to be present throughout the vesmír has not been detected directly so far. The researchers at North American Nanohertz Observatory for Gravitační vlny (NANOGrav) have recently reported detection of a low-frequency signal that could be ‘Gravitational-wave Background (GWB)’.
Obecná teorie relativity, kterou navrhl Einstein v roce 1916, předpovídá, že velké kosmické události, jako je supernova nebo splynutí černé díry by měl produkovat gravitační vlny které se šíří prostřednictvím Vesmír. Earth should be awash with gravitační vlny from all directions all the time but these are undetected because they become extremely weak by the time they reach earth. It took about a century to make a direct detection of gravitational ripples when in 2015 LIGO-Virgo team was successful in detecting gravitační vlny produced due to merger of two černé díry situated at a distance of 1.3 billion light-years from the Earth (1). To také znamenalo, že detekované vlnění bylo nositelem informace o kosmické události, která se odehrála asi před 1.3 miliardami let.
Od první detekce v roce 2015 jich bylo hodně gravitační vlnění have been recorded till date. Most of them were due to merger of two černé díry, few were due to collision of two neutron stars (2). All detected gravitační vlny so far were episodic, caused due to binary pair of černé díry or neutron stars spiralling and merging or colliding with each other (3) a měly vysokou frekvenci, krátkou vlnovou délku (v milisekundách).
However, since there is possibility of large number of sources of gravitační vlny v vesmír tedy mnoho gravitační vlny together from all over the vesmír may be continuously passing through the earth all the time forming a background or noise. This should be continuous, random and of low frequency small wave. It is estimated that some part of it may even have originated from the Big Bang. Called Gravitační-wave Background (GWB), this has not been detected so far (3).
But we may be on the verge of a breakthrough – the researchers at the North American Nanohertz Observatory for Gravitační vlny (NANOGrav) have reported detection of a low-frequency signal that could be ‘Gravitational-wave Background (GWB) (4,5,6).
Unlike LIGO-virgo team who detected gravitační vlna from individual pairs of černé díry, NANOGrav team have looked for persistent, noise like, ‘combined’ gravitační vlna created over very long period of time by countless blackholes v vesmír. The focus was on ‘very long wavelength’ gravitační vlna at the other end of ‘gravitational wave spectrum’.
Na rozdíl od světla a jiného elektromagnetického záření nelze gravitační vlny pozorovat přímo dalekohledem.
Tým NANOGrav si vybral milisekundu pulsars (MSPs) that rotate very rapidly with long term stability. There is steady pattern of light coming from these pulsers which should be altered by the gravitational wave. The idea was to observe and monitor an ensemble of ultra-stable millisecond pulsars (MSP) for correlated changes in the timing of the arrival of the signals at the Earth thus creating a “galaxie-sized” gravitational-wave detector within our own galaxie. The team created a pulsar timing array by studying 47 of such pulsars. The Arecibo Observatory and the Green Bank Telescope were the rádio telescopes used for the measurements.
Dosud získaný soubor dat zahrnuje 47 MSP a více než 12.5 let pozorování. Na základě toho není možné přesvědčivě prokázat přímou detekci GWB, ačkoli detekované nízkofrekvenční signály tomu velmi nasvědčují. Možná by dalším krokem bylo zahrnout více pulsarů do pole a studovat je po delší dobu, aby se zvýšila citlivost.
Ke studiu vesmír, scientists were exclusively dependant on electromagnetic radiations like light, X-ray, rádio wave etc. Being completely unrelated to electromagnetic radiation, detection of gravitational in 2015 opened a new window of opportunity to scientists to study celestial bodies and understanding the vesmír especially those celestial events which are invisible to electromagnetic astronomers. Further, unlike electromagnetic radiation, gravitational waves do not interact with matter hence travel virtually unimpeded carrying information about their origin and source free of any distortion.(3)
Detection of Gravitational-wave Background (GWB) would broaden the opportunity further. It may even become possible to detect the waves generated from Big Bang which may help us understand origin of vesmír lepším způsobem.
***
Reference:
- Castelvecchi D. a Witze A., 2016. Einsteinovy gravitační vlny konečně nalezeny. Nature News 11. února 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Co odhaluje 50 událostí gravitačních vln o vesmíru. Nature News Publikováno 30. října 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Zdroje a typy gravitačních vln. Dostupné online na https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Zpřístupněno 12. ledna 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav nachází možné „první náznaky“ pozadí nízkofrekvenčních gravitačních vln. Dostupné online na http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Zpřístupněno dne 12. ledna 2021
- NANOGrav Collaboration 2021. Tiskový briefing – Hledání pozadí gravitačních vln za 12.5 let NANOGrav Data. 11. ledna 2021. Dostupné online na http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Soubor dat NANOGrav 12.5 yr: Hledání pozadí izotropních stochastických gravitačních vln. The Astrophysical Journal Letters, ročník 905, číslo 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
