FAST ayuda a encontrar evidencia clave de ondas gravitacionales de nanohercios debido a su alta sensibilidad. Fuente: NAOC CAS
Un grupo de científicos chinos encontró recientemente evidencia clave de ondas gravitacionales de nanohercios, lo que marca una nueva era en la investigación de ondas gravitacionales de nanohercios. El estudio se basó en observaciones de sincronización de púlsares con el radiotelescopio esférico de 500 m (FAST).
La investigación fue realizada por Pulsar Timing Array (CPTA) de China, que incluye científicos de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias (NAOC) y otros institutos. Sus hallazgos se publicaron en línea el 28 de junio en la revista Investigación en astronomía y astrofísica. (RAA).
Resultados similares serán informados el mismo día por otros equipos internacionales que trabajan con matrices de sincronización de púlsares.
La aceleración de objetos masivos distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor y produce “ondas” u ondas gravitacionales. Aunque tales señales de onda son extremadamente débiles, ofrecen un método directo para estudiar masas que no emiten luz. Por esta razón, los astrónomos han buscado durante mucho tiempo utilizar ondas gravitacionales para ayudar a comprender la formación de las estructuras del universo y estudiar el crecimiento, la evolución y la fusión de los cuerpos celestes más masivos del universo, los agujeros negros supermasivos. Dicha investigación también ayudará a los físicos a comprender mejor las leyes fundamentales de la física del espacio-tiempo.
Usando la alta sensibilidad de FAST, el equipo de investigación de CPTA monitoreó púlsares de 57 milisegundos con cadencias regulares durante 41 meses. El equipo encontró evidencia clave de firmas de correlación de cuadrupolo consistentes con predicciones de ondas gravitacionales de nanohercios en un nivel de confianza estadística de 4.6 sigma (con una probabilidad de falso positivo de dos en un millón).
El equipo utilizó software de análisis de datos y algoritmos de procesamiento de datos desarrollados de forma independiente para lograr un gran avance al mismo tiempo que otros grupos internacionales. Las canalizaciones de procesamiento de datos independientes produjeron resultados consistentes.
El lapso de tiempo del conjunto de datos CPTA ahora es relativamente más corto. Sin embargo, debido a la alta sensibilidad del telescopio FAST, CPTA logró una sensibilidad similar en comparación con otros PTA. Las observaciones futuras pronto ampliarán el rango de datos de CPTA y ayudarán a identificar las fuentes astronómicas de la señal actual.
Científicos chinos han descubierto recientemente pruebas clave de la existencia de ondas gravitacionales de nanohercios, lo que marca una nueva era en la investigación gravitacional de nanohercios. Fuente: Laboratorio de Nuevos Medios de CAS
Los objetos con mayor masa producen ondas gravitacionales de menor frecuencia. Por ejemplo, el cuerpo celeste más masivo del universo, los agujeros negros binarios supermasivos (de 100 a 100 mil millones de veces la masa del Sol) en el centro de las galaxias, generan principalmente ondas gravitacionales en la banda de nanohercios, con escalas de tiempo de señal correspondientes que van desde años a décadas. Esta banda de frecuencia también incluye contribuciones de ondas gravitacionales de procesos en el universo primitivo, así como objetos exóticos como cuerdas cósmicas.
Por lo tanto, el uso de ondas gravitacionales de nanohercios en la observación espacial es extremadamente importante en el estudio de problemas clave de la astrofísica moderna, como los agujeros negros supermasivos, la historia de las fusiones de galaxias y la formación de estructuras a gran escala en el universo.
Sin embargo, la detección de ondas gravitacionales de nanohercios es muy difícil debido a su frecuencia extremadamente baja, donde el período correspondiente puede ser de varios años y la longitud de onda puede ser de varios años luz. Hasta ahora, la observación temporal a largo plazo de púlsares de milisegundos con una estabilidad rotacional extrema es el único método conocido para detectar con éxito ondas gravitacionales de nanohercios.
La búsqueda de estas ondas es uno de los principales objetivos de la física y la astronomía modernas. Las matrices regionales de temporización de púlsares, incluido el Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav), la Matriz Europea de Temporización de Pulsar (EPTA) y la Matriz Australiana de Temporización de Pulsar de Parkes (PPTA), han estado recopilando datos de temporización de púlsares durante más de 20 años para detectar Ondas gravitacionales de nanohercios. Recientemente, varias colaboraciones regionales nuevas también se han sumado al campo, incluyendo CPTA, India Pulsar Timing Array (InPTA) y South Africa Pulsar Timing Array (SAPTA).
La sensibilidad de la detección de los sistemas de sincronización de púlsares a las ondas gravitacionales de nanohercios depende en gran medida del período de observación, es decir, la sensibilidad aumenta rápidamente a medida que aumenta el tiempo de observación. El período de observación actual de CPTA es más corto, lo que facilita la extensión efectiva de este período, por ejemplo, la observación durante otros 41 meses duplicará este período.
En el futuro, esta colaboración regional promoverá la colaboración internacional en conjuntos de sincronización de púlsares y expandirá la exploración del universo a través de observaciones de ondas gravitacionales de nanohercios.
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China