Kütleçekimsel dalga arka planı
| Fiziksel kozmoloji |
|---|
 |
Kütleçekimsel dalga arkaplanı, (gravitational wave background, GWB veya stokastik arka plan) pulsar timing arrays gibi kütleçekimsel dalga deneyleri ile tespit edilebilen ve evrene yayılan rastgele kütleçekimsel dalgaların arkaplanıdır.[1] Sinyal, tıpkı erken dönem evrendeki stokastik süreç gibi doğası gere rastgele olabilir veya süperkütleli karadelik ikilileri gibi çok sayıda zayıf, bağımsız, çözümlenmemiş kütleçekimsel dalga kaynağının tutarsız bir üst üste binmesiyle üretilebilir.
Kütleçekim dalgası arka planını tespit etmek, varsayımsal antik süper kütleli kara delik ikilileri ve varsayımsal ilksel enflasyon ve kozmik sicimler gibi erken dönem evren süreçleri gibi astrofiziksel kaynak popülasyonu hakkında başka hiçbir yolla erişilemeyen bilgiler sağlayabilir.[2]
Stokastik arka planın kaynakları
Arka plan için çeşitli ilgi çekici frekans bantlarında çeşitli potansiyel kaynaklar varsayılır ve her kaynak farklı istatistiksel özelliklere sahip bir arka plan üretir. Stokastik arka planın kaynakları kabaca iki kategoriye ayrılabilir: kozmolojik kaynaklar ve astrofiziksel kaynaklar.
Kozmolojik kaynaklar
Kozmolojik arka planlar birçok erken dönem evren kaynaklarından ortaya çıkabilir. Bu ilksel kaynakların bazı örnekleri arasında şunlar vardır: erken dönem evrendeki zamanla değişen şişkin skaler alanlar, şişmiş parçacıklardan düzenli maddeye enerji transferini içeren şişme sonrası "ön ısıtma" mekanizmaları, erken dönem evrendeki kozmolojik faz geçişleri (elektrozayıf faz geçişi gibi), kozmik sicimler vb. Bu kaynaklar daha varsayımsal olsa da, bunlardan ilkel bir kütleçekimsel dalga arka planının saptanması, yeni fiziğin büyük bir keşfi olacak ve erken dönem evren kozmolojisi ve yüksek enerji fiziği üzerinde derin bir etkiye sahip olacaktır.[3][4]
Astrofiziksel kaynaklar
Bir astrofiziksel arka plan, zayıf, bağımsız ve çözülmemiş astrofiziksel kaynakların toplamından meydana gelir.[2] Örneğin, yıldız kütleli ikili kara delik birleşmelerinden elde edilen astrofiziksel arka planın, mevcut nesil yer tabanlı yerçekimi dalgası dedektörleri için stokastik arka planın önemli bir kaynağı olması bekleniyor.LIGO ve Virgo dedetkörleri, kara delik birleşmeleri gibi olaylardan bireysel kütleçekimsel dalgalar tespit etmiştir. Bununla birlikte, tek tek çözülemeyen bu tür birleşmelerin büyük bir popülasyonu olacaktır ve bu da dedektörlerde rastgele görünen bir gürültüye neden olacaktır. Tek tek çözülemeyen diğer astrofizik kaynaklar da bir arka plan oluşturabilir. Örneğin, evriminin son aşamasında yeterince büyük bir yıldız çökerek ya bir kara delik ya da bir nötron yıldızı oluşturacaktır; patlayıcı bir süpernova olayının son anlarındaki hızlı çöküş, bu tür oluşumlara, kütleçekim dalgalarına yol açabilir. teorik olarak serbest bırakılabilir. Ayrıca, hızla dönen nötron yıldızlarında, kütleçekim dalgalarının emisyonundan kaynaklanan bir dizi dengesizlik vardır.
Ayrıca kaynağın doğası, sinyalin hassas frekans grubuna göre değişkenlik gösterir. LIGO ve Virgo gibi mevcut nesil yer temelli deneyler, yaklaşık 10 Hz ila 1000 Hz arasındaki ses frekans bandındaki kütleçekimsel dalgalara duyarlıdır. Bu grupta stokastik arka planın en muhtemel kaynağı, ikili nötron-yıldız ve yıldız kütleli ikili kara delik birleşmelerinden kaynaklanan astrofiziksel bir arka plan olacaktır.[5]
Alternatif bir gözlem yöntemi, pulsar zamanlama dizilerini (pulsar timing array) kullanmaktır. Üç konsorsiyum - European Pulsar Timing Array (EPTA), the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), and the Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) - Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi (International Pulsar Timing Array) olarak koordine edilmektedir. Nanohertz ila 100 nanohertz aralığında düşük frekanslara sahip kütleçekimsel dalgalara duyarlı galaktik ölçekte bir dedektör oluşturan milisaniyelik pulsarların galaktik dizisini izlemek için radyo teleskopları kullanıyorlar. Mevcut teleskoplarla bir sinyali tespit etmek için uzun yıllar süren gözlemler gerekir ve dedektör hassasiyeti giderek artar. Astrofizik kaynaklar için beklenen hassasiyet sınırları yaklaşıyor.[6]
105–109 güneş kütlesi aralığındaki süper kütleli kara delikler, galaksilerin merkezlerinde bulunmaktadır. Süper kütleli kara deliklerin veya galaksilerin arasından hangisinin önce geldiği veya nasıl evrimleştiği bilinmemektedir. Galaksiler birleştiğinde, merkezlerindeki süperkütleli kara deliklerin de birleşmesi umulmaktadır.[7] Bu süper kütleli ikili dosyalar, potansiyel olarak en yüksek düşük frekanslı yerçekimsel dalga sinyallerini üretir; bunların en büyükleri, prensipte PTA'lar tarafından tespit edilebilen, nanohertz yerçekimsel dalga arka planının potansiyel kaynaklarıdır.[8]
Tespit
11 Şubat 2016'da LIGO ve Virgo işbirlikleri, Eylül 2015'te yerçekimi dalgalarının ilk doğrudan tespitini ve gözlemini duyurdu.Bu durumda, iki kara delik tespit edilebilir kütleçekimsel dalga meydana getirmek için çarpışmıştır. Bu, kütleçekimsel dalga arkaplanının olası tespitinin ilk adımıdır.
28 Haziran 2023'te, North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, bir dizi milisaniyelik pulsardan elde edilen gözlem verilerini kullanan bir kütleçekimsel dalga arka planına dair kanıtları duyurdu.[11][12][13][14][15][16] EPTA, Parkes Gözlemevi ve Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) (CPTA) yapılan gözlemler de aynı gün yayınlandı ve farklı teleskoplar ve analiz yöntemleri kullanılarak kütleçekimsel dalga arka planına ilişkin kanıtların çapraz doğrulanması sağlandı.[17]
Bu gözlemler, teorik Hellings-Downs eğrisinin, yani iki pulsar arasındaki dört kutuplu korelasyonun, gökyüzündeki açısal ayrılığının bir fonksiyonu olarak ilk ölçümünü sağladı; bu, gözlemlenen arka planın yerçekimsel dalga kökeninin açık bir işaretidir.[18] Süper kütleli kara delik ikilileri önde gelen adaylar olmasına rağmen, bu kütleçekimsel dalga arka planının kaynakları daha fazla gözlem ve analiz yapılmadan tanımlanamaz.[1]
Ayrıca bakınız
- Kozmik arka plan ışınımı
- Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı
- Kozmik nötrino arka planı
- Kütleçekimsel dalga astronomisi
Kaynakça
- ^ a b O'Callaghan, Jonathan (4 Ağustos 2023). "A Background 'Hum' Pervades the Universe. Scientists Are Racing to Find Its Source - Astronomers are now seeking to pinpoint the origins of an exciting new form of gravitational waves that was announced earlier this year". Scientific American. 4 Ağustos 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Ağustos 2023.
- ^ a b Joseph D. Romano, Neil. J. Cornish (2017). "Detection methods for stochastic gravitational-wave backgrounds: a unified treatment". Living Rev Relativ. 20 (1): 2. arXiv:1608.06889 $2. doi:10.1007/s41114-017-0004-1. PMC 5478100 $2. PMID 28690422.
- ^ Krauss, Lawrence D; Dodelson, Scott; Meyer, Stephan (21 Mayıs 2010). "Primordial Gravitational Waves and Cosmology". Science. 328 (5981): 989-992. arXiv:1004.2504 $2. doi:10.1126/science.1179541. PMID 20489015. 15 Kasım 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Haziran 2024.
- ^ Christensen, Nelson (21 Kasım 2018). "Stochastic gravitational wave backgrounds". Reports on Progress in Physics. 82 (1): 016903. arXiv:1811.08797 $2. doi:10.1088/1361-6633/aae6b5. PMID 30462612.
- ^ LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T.; Addesso, P.; Adhikari, R. X.; Adya (28 Şubat 2018). "GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences". Physical Review Letters. 120 (9): 091101. arXiv:1710.05837 $2. doi:10.1103/PhysRevLett.120.091101. PMID 29547330. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım); - ^ Sesana, A. (22 Mayıs 2013). "Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. 433 (1): L1-L5. arXiv:1211.5375 $2. doi:10.1093/mnrasl/slt034.
- ^ Volonteri, Marta; Haardt, Francesco; Madau, Piero (10 Ocak 2003). "The Assembly and Merging History of Supermassive Black Holes in Hierarchical Models of Galaxy Formation". The Astrophysical Journal. 582 (2): 559-573. arXiv:astro-ph/0207276 $2. doi:10.1086/344675.
- ^ Sesana, A.; Vecchio, A.; Colacino, C. N. (11 Ekim 2008). "The stochastic gravitational-wave background from massive black hole binary systems: implications for observations with Pulsar Timing Arrays". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 390 (1): 192-209. arXiv:0804.4476 $2. doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13682.x.
- ^ "Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background". iopscience.iop.org. June 2023. 29 Haziran 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 Haziran 2023.
- ^ "After 15 years, pulsar timing yields evidence of cosmic gravitational wave background". 29 Haziran 2023. 11 Temmuz 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Haziran 2024.
- ^ Miller, Katrina (28 Haziran 2023). "The Cosmos Is Thrumming With Gravitational Waves, Astronomers Find - Radio telescopes around the world picked up a telltale hum reverberating across the cosmos, most likely from supermassive black holes merging in the early universe". The New York Times. ISSN 0362-4331. 29 Haziran 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 Haziran 2023.
- ^ Agazie, Gabriella; Anumarlapudi, Akash; Archibald, Anne M.; Arzoumanian, Zaven; Baker, Paul T.; Bécsy, Bence; Blecha, Laura; Brazier, Adam; Brook, Paul R.; Burke-Spolaor, Sarah; Burnette (June 2023). "The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background". The Astrophysical Journal Letters (İngilizce). 951 (1): L8. arXiv:2306.16213 $2. doi:10.3847/2041-8213/acdac6. ISSN 2041-8205. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım); - ^ Antoniadis, J. (28 Haziran 2023). "The second data release from the European Pulsar Timing Array". Astronomy & Astrophysics. 678: A50. arXiv:2306.16214 $2. doi:10.1051/0004-6361/202346844.
- ^ Reardon, Daniel J.; Zic, Andrew; Shannon, Ryan M.; Hobbs, George B.; Bailes, Matthew; Di Marco, Valentina; Kapur, Agastya; Rogers, Axl F.; Thrane, Eric; Askew, Jacob; Bhat (29 Haziran 2023). "Search for an Isotropic Gravitational-wave Background with the Parkes Pulsar Timing Array". The Astrophysical Journal Letters. 951 (1): L6. arXiv:2306.16215 $2. doi:10.3847/2041-8213/acdd02. ISSN 2041-8205. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım); - ^ Xu, Heng; Chen, Siyuan; Guo, Yanjun; Jiang, Jinchen; Wang, Bojun; Xu, Jiangwei; Xue, Zihan; Nicolas Caballero, R.; Yuan, Jianping; Xu, Yonghua; Wang (29 Haziran 2023). "Searching for the Nano-Hertz Stochastic Gravitational Wave Background with the Chinese Pulsar Timing Array Data Release I". Research in Astronomy and Astrophysics. 23 (7): 075024. arXiv:2306.16216 $2. doi:10.1088/1674-4527/acdfa5. ISSN 1674-4527.
- ^ "Probing the Universe's Secrets: Key Evidence for NanoHertz Gravitational Waves". scitechdaily.com. Chinese Academy of Sciences. 2 Temmuz 2023. 21 Temmuz 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Temmuz 2023.
Chinese scientists has recently found key evidence for the existence of nanohertz gravitational waves, marking a new era in nanoHertz gravitational research.
- ^ Rini, Matteo (2023). "Researchers Capture Gravitational-Wave Background with Pulsar "Antennae"". Physics. Physics 16, 118 (29 June 2023). 16: 118. doi:10.1103/Physics.16.118.
Four independent collaborations have spotted a background of gravitational waves that passes through our Galaxy, opening a new window on the astrophysical and cosmological processes that could produce such waves.
Tarih değerini gözden geçirin:|erişimtarihi=(yardım); - ^ Jenet, Fredrick A.; Romano, Joseph D. (1 Temmuz 2015). "Understanding the gravitational-wave Hellings and Downs curve for pulsar timing arrays in terms of sound and electromagnetic waves". American Journal of Physics. 83 (7): 635-645. arXiv:1412.1142 $2. doi:10.1119/1.4916358. 15 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Haziran 2024.
Dış bağlantılar
| Arka plan |
|  |
|---|---|---|
| Kozmolojik teorilerin tarihi |
| |
| Geçmişteki evren |
| |
| Şimdiki evren |
| |
| Gelecekteki evren |
| |
| Bileşenler |
| |
| Yapı oluşumu |
| |
| Deneyler | ||
