Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ғаламды жайлаған гравитациялық толқындардың кездейсоқ фоны (сонымен қатар ГТФ және стохастикалық фон) – Ғаламды жайлаған гравитациялық толқындардың кездейсоқ фоны, оны пульсарлық уақыт тізімдері сияқты гравитациялық толқын эксперименттері арқылы анықтауға болады. Сигнал ерте Ғаламдағы стохастикалық процестер сияқты өздігінен кездейсоқ болуы мүмкін, немесе аса массивті қара тесіктердің жұптары сияқты көптеген әлсіз, тәуелсіз және шешілмеген гравитациялық толқын көздерінің бірізді емес суперпозициясы арқылы туындауы мүмкін. Гравитациялық толқын фонын анықтау астрофизикалық көздердің популяциясы туралы, басқа ешқандай тәсілмен қолжеткізбейтін ақпаратты, мысалы, гипотетикалық ежелгі аса массивті қара тесіктердің жұптары және гипотетикалық бастапқы инфляция мен ғарыштық жіптер сияқты ерте Ғалам процестері туралы ақпарат бере алады.
Random background of gravitational waves permeating the Universe
The gravitational wave background (also GWB and stochastic background) is a random background of gravitational waves permeating the Universe, which is detectable by gravitational wave experiments, like pulsar timing arrays. The signal may be intrinsically random, like from stochastic processes in the early Universe, or may be produced by an incoherent superposition of a large number of weak independent unresolved gravitational wave sources, like supermassive black hole binaries. Detecting the gravitational wave background can provide information that is inaccessible by any other means about astrophysical source population, like hypothetical ancient supermassive black hole binaries, and early Universe processes, like hypothetical primordial inflation and cosmic strings.
Астрофизикалық көздер
Астрофизикалық фон көптеген әлсіз, тәуелсіз және ажыратылмаған астрофизикалық көздердің біріктірілген шуынан пайда болады. Мысалы, жұлдыздық массалы екі қара тесіктің қосылуынан туындайтын астрофизикалық фон, қазіргі заманғы жердегі гравитациялық толқын детекторлары үшін стохастикалық фонның маңызды көзі болып күтілуде. LIGO және Virgo детекторлары осындай қара тесіктердің қосылуынан туындаған жеке гравитациялық толқын оқиғаларын тіркеді. Дегенмен, жеке-жеке ажыратылмаған мұндай қосылулардың көп саны детекторларда кездейсоқ көрінетін шуды тудыруы мүмкін. Жеке-жеке ажыратылмаған басқа астрофизикалық көздер де фонды құрауы мүмкін. Мысалы, эволюциясының соңғы сатысында жеткілікті массасы бар жұлдыз құлап, қара тесікке немесе нейтронды жұлдызға айналуы мүмкін. Осындай құрылымдарға әкелетін жарылысқан жұлдыздың соңғы сәттеріндегі қарқынды құлау кезінде гравитациялық толқындар теориялық тұрғыдан шығарылуы мүмкін. Бақылаудың тағы бір тәсілі – пульсар уақыт тізімдерін (ПТА) пайдалану. Үш консорциум – Еуропалық пульсар уақыт тізімі (EPTA), Солтүстік Америкалық наногерцтік гравитациялық толқындар обсерваториясы (NANOGrav) және Паркс пульсар уақыт тізімі (PPTA) – Халықаралық пульсар уақыт тізімі ретінде координацияланады. Олар радио телескоптарды галактикалық миллисекундтық пульсарлардың тізімін бақылау үшін пайдаланады, бұл галактикалық масштабтағы гравитациялық толқындарға, олардың жиілігі наногерцтен 100 наногерцке дейін сезімтал детектор болып табылады. Қазіргі телескоптармен сигналды анықтау үшін көп жылдық бақылаулар қажет, ал детектордың сезімталдығы біртіндеп жақсарады. Сезімталдық шегі астрофизикалық көздер үшін күтілетін деңгейге жақындап келеді. Галактикалардың орталықтарында 10⁵–10⁹ күн массасына ие супермассивті қара тесіктер табылады. Супермассивті қара тесіктер ме, галактикалар ме, қандайсы бірінші пайда болғаны және олар қалай дамығаны әлі белгісіз. Галактикалар қосылғанда, олардың орталықтағы супермассивті қара тесіктері де қосылатыны күтілуде. Бұл супермассивті жұптар төмен жиілікті гравитациялық толқын сигналдарын шығаруы мүмкін; олардың ең массивтілері наногерцтік гравитациялық толқын фонының әлеуетті көздері болып табылады, оны ПТА принципі бойынша анықтауға болады.
An astrophysical background is produced by the combined noise of many weak, independent, and unresolved astrophysical sources. For instance the astrophysical background from stellar mass binary black hole mergers is expected to be a key source of the stochastic background for the current generation of ground based gravitational wave detectors. LIGO and Virgo detectors have already detected individual gravitational wave events from such black hole mergers. However, there would be a large population of such mergers which would not be individually resolvable which would produce a hum of random looking noise in the detectors. Other astrophysical sources which are not individually resolvable can also form a background. For instance, a sufficiently massive star at the final stage of its evolution will collapse to form either a black hole or a neutron star—in the rapid collapse during the final moments of an explosive supernova event, which can lead to such formations, gravitational waves may theoretically be liberated. An alternative means of observation is using pulsar timing arrays (PTAs). Three consortia—the European Pulsar Timing Array (EPTA), the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), and the Parkes Pulsar Timing Array (PPTA)—coordinate as the International Pulsar Timing Array. They use radio telescopes to monitor the galactic array of millisecond pulsars, which form a galactic scale detector sensitive to gravitational waves with low frequencies in the nanohertz to 100 nanohertz range. With existing telescopes, many years of observation are needed to detect a signal and detector sensitivity improves gradually. Sensitivity bounds are approaching those expected for astrophysical sources. Supermassive black holes with masses of 105–109 solar masses are found at the centers of galaxies. It is not known which came first, supermassive black holes or galaxies, or how they evolved. When galaxies merge, it is expected that their central supermassive black holes merge too. These supermassive binaries produce potentially the loudest low frequency gravitational wave signals; the most massive of them are potential sources of a nanohertz gravitational wave background, which is in principle detectable by PTAs.
Анықтау
2016 жылдың 11 ақпанында LIGO және Virgo ынтымақтастықтары 2015 жылдың қыркүйегінде болған гравитациялық толқындардың алғашқы тікелей анықталуы және байқалуы туралы хабарлады. Осы оқиғада екі қара тесік соқтығысып, анықтамалы гравитациялық толқындар тудырды. Бұл GWB-ді (гравитациялық толқын фоны) анықтауға жасалған алғашқы қадам. EPTA, Паркс обсерваториясы және Қытай пульсар уақыт тізімі (CPTA) да сол күні жарияланды, олар әртүрлі телескоптар мен талдау әдістерін пайдаланып GWB-ге қатысты дәлелдерді бір-бірімен салыстырып тексерді. Бұл байқаулар теориялық Хеллингс-Даунс қисығының алғашқы өлшемін ұсынды, яғни аспандағы бұрыштық арақашықтығына байланысты екі пульсар арасындағы төртполярлық корреляция, бұл байқалатын фонның гравитациялық толқыннан пайда болғанының нақты белгісі. Бұл гравитациялық толқын фонының көздерін қосымша байқаулар мен талдауларсыз анықтау мүмкін емес, алайда, супермассивті қара тесіктердің жұптары ең ықтимал кандидаттар болып табылады.
On 11 February 2016, the LIGO and Virgo collaborations announced the first direct detection and observation of gravitational waves, which took place in September 2015. In this case, two black holes had collided to produce detectable gravitational waves. This is the first step to the potential detection of a GWB. Observations from EPTA, Parkes Observatory and Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) were also published on the same day, providing cross validation of the evidence for GWB using different telescopes and analysis methods. These observations provided the first measurement of the theoretical Hellings–Downs curve, i. e., the quadrupolar correlation between two pulsars as a function of their angular separation in the sky, which is a telltale sign of the gravitational wave origin of the observed background. The sources of this gravitational wave background can not be identified without further observations and analyses, although binaries of supermassive black holes are leading candidates.