Пульсари можуть розкрити таємницю космічної інфляції

17 жовтня 2025 р. 18:21

17 жовтня 2025 р. 18:21

У новому дослідженні запропоновано метод, який дозволяє відрізнити джерела наногерцових гравітаційних хвиль — інфляційний фон або надмасивні бінарні чорні діри — завдяки ефекту “биття” в сигналі пульсарів.

Пульсари — нейтронні зорі, які обертаються з високою швидкістю і випромінюють регулярні радіоімпульси, — стали природними детекторами змін простору-часу. У 2023 році міжнародні групи, зокрема NANOGrav, зафіксували статистично достовірні сигнали , які можуть свідчити про наногерцові гравітаційні хвилі. “Сигнал був статистично достовірним, але нижчим за поріг у 5 сигма” , — пояснює професор Хідекі Асада з Університету Хіросакі. Це означає, що відкриття ще не підтверджене, але вже є переломним моментом у пошуку найповільніших хвиль у Всесвіті .

Наногерцові хвилі мають надзвичайно великі довжини — від кількох світлових років — і можуть виникати або внаслідок космічної інфляції , або через надмасивні бінарні чорні діри , які утворюються під час злиття галактик. В обох випадках хвилі викривляють простір-час, що відображається у зміні ритму імпульсів від пульсарів. Проблема в тому, що обидва джерела можуть продукувати подібні кореляційні сигнали , і їх важко розрізнити за стандартними методами.

Асада і його колега Шун Ямамото запропонували новий підхід: виявити ефект “биття” , знайомий із акустики. “Якщо дві хвилі мають майже однакову частоту, їхнє накладання призводить до періодичного посилення і послаблення” , — пояснює Асада. Це явище, якщо його виявлено у пульсарних сигналах, вказуватиме на локалізоване джерело , а не на однорідний фон, типовий для інфляції. “Ця особливість може дозволити нам відрізнити їх від стохастичного фону інфляції” , — додає він.

Для реалізації методу використовується аналіз модуляцій у часі прибуття сигналів від кількох пульсарів, розташованих у різних частинах неба. У випадку з бінарними чорними дірами сигнал буде не хаотичним, а “бити” з певною періодичністю. Це як чути не просто шум, а відлуння двох гігантських космічних сердець , що пульсують в унісон на відстані мільйонів світлових років.

Виявлення такого ефекту стане доказом, що джерелом хвиль є конкретні астрофізичні об’єкти, а не ранні етапи існування Всесвіту . Це відкриття може вплинути на розуміння історії космічної еволюції, зокрема формування та злиття галактик. Наступні релізи даних, за словами Асади, можуть забезпечити необхідну точність для виявлення на рівні 5 сигма , що стане повноцінним підтвердженням.

“Я думаю, як тільки буде досягнуте підтверджене виявлення на 5-сигмі… наше дослідження допоможе визначити: інфляція це чи подвійні чорні діри” , — підсумовує Асада. Дослідження опубліковане в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics і є новим кроком у розшифровці “гравітаційної музики” космосу .

Наука