Pulsarlar, ultra düşük frekanslı yerçekimsel dalgaların kozmosta dalgalandığını öne sürüyor. 2023’te uluslararası pulsar zamanlama dizisi işbirlikleriyle görülen sinyal, stokastik yerçekimsel dalga arka planından (birçok uzak kaynağın toplamı) veya yakınlardaki tek bir süper kütleli kara delik ikilisinden gelebilir.
Bunları birbirinden ayırmak için, Hirosaki Üniversitesi’nde teorik fizikçi ve Profesör olan Hideki Asada ve Hirosaki Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde araştırmacı olan Shun Yamamoto, neredeyse aynı frekanstaki yerçekimsel dalgalar arasındaki vuruş fenomeninden yararlanan ve pulsarların radyo darbelerinin varış zamanlarındaki küçük değişimlerdeki izlerini arayan bir yöntem öneriyorlar.
Çalışmaları dergide yayınlandı Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi.
Gökyüzü son derece hassas “kozmik saatler” ile doludur: düzenli aralıklarla, sabit bir tik tak gibi radyo darbeleri yayan pulsarlar, nötron yıldızları. Dünyadaki radyo teleskopları, yalnızca pulsarları incelemek için değil, aynı zamanda onları evreni araştırmak için bir araç olarak kullanmak için de onların periyodikliğini izliyor.
Görünmez bir şey (neredeyse bir “kozmik hayalet”) bir pulsardan Dünya’ya giden yol boyunca uzay-zamanı bozarsa, darbelerin düzeni değişir. Anormallik rastgele değil: Belirli gökyüzü bölgelerindeki pulsarlarda benzer sapmalar görülüyor, sanki dalgalı bir dalgalanma sanki içinden geçiyormuş gibi.
Asada, “2023’te, ABD ve Avrupa ekiplerindeki NANOGrav gibi çeşitli pulsar zamanlama dizisi işbirlikleri, nanohertz yerçekimsel dalgalar için güçlü kanıtlar duyurdu” diye belirtiyor.
Nanohertz, birkaç ışıkyıllık dalga boylarına sahip, aylardan yıllara kadar uzanan dalga periyotları anlamına gelir. Bu tür ölçekleri araştırmak için yüzlerce ila binlerce ışıkyılı uzaklıktaki uzak, sabit pulsarlara güveniyoruz.
“Sinyal istatistiksel olarak güvenilirdi ancak parçacık fizikçilerinin genellikle ihtiyaç duyduğu 5 sigma eşiğinin altındaydı” diye devam ediyor. “Bu ‘güçlü bir kanıt’ ama henüz doğrulanmış bir tespit değil, fakat kozmoloji ve astrofizik topluluğu nanohertz kütleçekim dalgalarının ilk tespitine yaklaştığımıza inanıyor.”
Şimdilik kesinlik altın standart eşiğinin altında; Asada, eğer gelecekteki veriler bunu doğruluyorsa, bir sonraki zorluğun kaynağı belirlemek olduğunu savunuyor.
“Nanohertz yerçekimsel dalgalar için iki ana aday kaynak var” diye açıklıyor.
“Biri, evrenin çok erken dönemlerinde uzay-zaman dalgalanmaları yaratan, daha sonra kozmik ölçeklere yayılan kozmik enflasyon. Diğeri ise galaksiler birleştiğinde oluşan süper kütleli kara delik ikili dosyalarıdır. Her iki senaryo da nanohertz kütleçekim dalgaları üretebilir.”
Buradaki zorluk, pulsar verilerindeki korelasyon modellerinin (farklı pulsarlardan gelen zamanlama kalıntılarının korelasyon şekli) uzun süre her iki durumda da aynı görüneceğinin düşünülmesiydi.
Asada, “Makalemizde, yakındaki bir çift süper kütleli kara deliğin özellikle güçlü bir sinyal ürettiği durumu araştırdık” diyor. “Bu tür iki sistem çok benzer frekanslara sahipse, dalgaları müdahale edebilir ve akustikte olduğu gibi bir vuruş modeli oluşturabilir. Bu özellik, prensipte, onları enflasyonun stokastik arka planından ayırmamıza izin verebilir.”
Asada ve Yamamoto bu nedenle tanıdık bir akustik efektten yararlanıyor: ritimler. İki dalga neredeyse -ama tam olarak değil- aynı frekansa sahip olduğunda, bunların üst üste binmesi periyodik güçlenmeye ve zayıflamaya neden olur.
Yerçekimi dalgalarına uygulandığında, benzer frekanslara sahip iki süper kütleli kara delik ikilisi, pulsar zamanlama sinyalinde karakteristik bir modülasyon oluşturacaktır. Yöntem, pulsar korelasyon modellerinde bu modülasyonu (“vuru”) aramaktır. Eğer mevcutsa, bu, sinyalin dağınık bir arka plan olmadığını, spesifik, nispeten yakındaki ikili dosyalardan kaynaklandığını kuvvetle gösterir.
Asada, “Sanırım 5 sigma düzeyinde doğrulanmış bir tespit elde edildikten sonra, belki birkaç yıl içinde, bir sonraki adım şu soruyu sormak olacaktır: dalgaların kökeni nedir? Bu noktada, yöntemimiz bunların şişmeden mi yoksa yakındaki süper kütleli kara delik ikili dosyalarından mı geldiğini ayırt etmede yararlı olabilir.”
