Gravitasiegolf is vir die eerste keer in 2015 direk opgespoor na 'n eeu van sy voorspelling deur Einstein se Algemene Relatiwiteitsteorie in 1916. Maar die kontinue, lae frekwensie gravitasie-golf Agtergrond (GWB) wat vermoedelik teenwoordig is regdeur die heelal is tot dusver nie direk opgespoor nie. Die navorsers by Noord-Amerikaanse Nanohertz-sterrewag vir Gravitasiegolwe (NANOGrav) het onlangs die opsporing van 'n lae-frekwensie sein aangemeld wat 'Gravitasiegolf-agtergrond (GWB)' kan wees.
Algemene relatiwiteitsteorie wat deur Einstein in 1916 voorgestel is, voorspel dat groot kosmiese gebeure soos supernova of samesmelting van swart gate moet produseer gravitasiegolwe wat voortplant deur die Heelal. Die aarde moet oorspoel word gravitasiegolwe van alle rigtings heeltyd, maar dit word nie opgemerk nie, want hulle word uiters swak teen die tyd dat hulle die aarde bereik. Dit het ongeveer 'n eeu geneem om 'n direkte opsporing van gravitasie-rimpelings te maak toe LIGO-Virgo-span in 2015 suksesvol was om op te spoor gravitasiegolwe vervaardig as gevolg van samesmelting van twee swart gate geleë op 'n afstand van 1.3 miljard ligjare vanaf die Aarde (1). Dit het ook beteken dat die bespeurde rimpelings die draer was van inligting oor die kosmiese gebeurtenis wat sowat 1.3 miljard jaar gelede plaasgevind het.
Sedert die eerste opsporing in 2015, 'n goeie aantal gravitasie rimpels is tot op datum aangeteken. Die meeste van hulle was as gevolg van samesmelting van twee swart gate, min was as gevolg van botsing van twee neutronsterre (2). Alles bespeur gravitasiegolwe tot dusver was episodies, veroorsaak as gevolg van binêre paar van swart gate of neutronsterre wat spiraalvormig en saamsmelt of met mekaar bots (3) en was van hoë frekwensie, kort golflengte (in millisekondes reeks).
Maar, aangesien daar moontlikheid van 'n groot aantal bronne van gravitasiegolwe in die heelal dus baie gravitasiegolwe saam van oral oor die heelal kan voortdurend deur die aarde beweeg en 'n agtergrond of geraas vorm. Dit moet deurlopend, ewekansig en van lae frekwensie klein golf wees. Daar word beraam dat 'n deel daarvan dalk selfs van die Oerknal ontstaan het. Gebel gravitasie-golf-agtergrond (GWB), dit is tot dusver nie bespeur nie (3).
Maar ons staan dalk op die rand van 'n deurbraak - die navorsers by die Noord-Amerikaanse Nanohertz-sterrewag vir Gravitasiegolwe (NANOGrav) het die opsporing van 'n lae-frekwensie sein aangemeld wat 'Gravitasiegolf-agtergrond (GWB) kan wees. (4,5,6).
Anders as LIGO-virgo-span wat opgespoor het gravitasiegolf van individuele pare van swart gate, NANOGrav-span het gesoek na aanhoudende, geraas soos, 'gekombineer' gravitasiegolf geskep oor baie lang tydperke deur ontelbare swartgate in die heelal. Die fokus was op 'baie lang golflengte' gravitasiegolf aan die ander kant van 'gravitasiegolfspektrum'.
Anders as lig en ander elektromagnetiese straling, kan die gravitasiegolwe nie direk met 'n teleskoop waargeneem word nie.
Die NANOGrav-span het gekies millisekonde pulsars (MSP's) wat baie vinnig roteer met langtermynstabiliteit. Daar is 'n bestendige patroon van lig wat vanaf hierdie pulsers kom wat deur die gravitasiegolf verander moet word. Die idee was om 'n ensemble van ultra-stabiele millisekonde pulsars (MSP) waar te neem en te monitor vir gekorreleerde veranderinge in die tydsberekening van die aankoms van die seine by die Aarde en sodoende 'n "Galaxy-grootte” gravitasiegolfdetektor binne ons eie sterrestelsel. Die span het 'n pulsartydreëling geskep deur 47 van sulke pulsars te bestudeer. Die Arecibo-sterrewag en die Green Bank Telescope was die radio teleskope wat vir die metings gebruik word.
Die datastel wat tot dusver verkry is, sluit 47 MSP's en meer as 12.5 jaar se waarnemings in. Op grond hiervan is dit nie moontlik om direkte opsporing van GWB afdoende te bewys nie alhoewel die bespeurde lae frekwensie seine baie daarop dui. Miskien sou die volgende stap wees om meer pulsars in die skikking in te sluit en dit vir 'n langer tydperk te bestudeer om sensitiwiteit te verbeter.
Om die te bestudeer heelal, wetenskaplikes was uitsluitlik afhanklik van elektromagnetiese straling soos lig, X-straal, radio golf, ens. Omdat dit heeltemal nie verband hou met elektromagnetiese straling, het opsporing van gravitasie in 2015 'n nuwe geleentheid oopgemaak vir wetenskaplikes om hemelliggame te bestudeer en die begrip van die heelal veral daardie hemelse gebeurtenisse wat onsigbaar is vir elektromagnetiese sterrekundiges. Verder, anders as elektromagnetiese straling, tree gravitasiegolwe nie in wisselwerking met materie nie en beweeg dus feitlik onbelemmerd en dra inligting oor hul oorsprong en bron vry van enige vervorming.(3)
Opsporing van gravitasiegolf-agtergrond (GWB) sal die geleentheid verder verbreed. Dit kan selfs moontlik word om die golwe wat deur Oerknal gegenereer word op te spoor wat ons kan help om die oorsprong van te verstaan heelal op 'n beter manier.
***
Verwysings:
- Castelvecchi D. en Witze A.,2016. Einstein se gravitasiegolwe uiteindelik gevind. Natuurnuus 11 Februarie 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Wat 50 gravitasiegolfgebeure oor die Heelal openbaar. Natuurnuus gepubliseer 30 Oktober 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Bronne en tipes gravitasiegolwe. Aanlyn beskikbaar by https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Toegang op 12 Januarie 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav vind moontlike 'eerste wenke' van lae-frekwensie gravitasiegolf agtergrond. Aanlyn beskikbaar by http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Toegang op 12 Januarie 2021
- NANOGrav-samewerking 2021. Persinligtingsessie – Op soek na die Gravitasiegolf-agtergrond in 12.5 jaar van NANOGrav-data. 11 Januarie 2021. Aanlyn beskikbaar by http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Die NANOGrav 12.5 jr-datastel: Soek na 'n isotropiese stogastiese gravitasiegolf-agtergrond. The Astrophysical Journal Letters, Volume 905, Nommer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
