Японські науковці першими у світі довели, що гравітаційні хвилі мають різне походження

Японські фізики запропонували новий спосіб розрізнення джерел наногерцових гравітаційних хвиль — наднизькочастотних збурень простору-часу, які, ймовірно, вже зафіксовані астрономами. Професор Хідекі Асада та дослідник Шьон Ямамото з Університету Хіросакі описали свою методику у статті, опублікованій у Jour­nal of Cos­mol­o­gy and Astropar­ti­cle Physics (JCAP). Їхній підхід базується на виявленні «биттів» — інтерференційних коливань, що виникають при накладанні хвиль із близькими, але різними частотами.

Наногерцові гравітаційні хвилі мають період, що вимірюється місяцями або роками, а їхня довжина сягає кількох світлових років. Астрономи шукають їхні сліди, спостерігаючи за пульсарами — нейтронними зірками, які випромінюють радіоімпульси з високою регулярністю. Якщо хвиля проходить між пульсаром і Землею, вона змінює ритм сигналів. Узгоджені зміни у «тиканнях» різних пульсарів свідчать про проходження гравітаційної хвилі крізь космос.

У 2023 році кілька міжнародних команд, зокрема NANOGrav (США) та EPTA (Європа), повідомили про сильні свідчення існування таких хвиль. Хоча рівень статистичної достовірності ще не досяг порогу у 5 сигм, науковці вважають, що перше офіційне підтвердження — питання найближчих років. Основні гіпотези щодо джерел хвиль — це або наслідки космічної інфляції, або пари надмасивних чорних дір, які обертаються одна навколо одної після злиття галактик.

Досі вважалося, що сигнали від обох типів джерел виглядають однаково у спостереженнях пульсарів. Методика Асада і Ямамото пропонує новий критерій: якщо хвиля походить від пари чорних дір, її інтерференція створює «биття» — періодичне посилення і послаблення сигналу, подібне до звукових хвиль. Таку ознаку можна виявити у часових залишках сигналів пульсарів, що стане прямим свідченням локального джерела.

Автори наголошують, що їхній підхід набуде практичного значення після остаточного підтвердження сигналу. «Коли ми отримаємо правдиве підтвердження, наступним питанням стане походження хвиль. І саме тоді наш підхід може допомогти зрозуміти, чи вони народжені інфляцією, чи танцем надмасивних чорних дір», — зазначив Хідекі Асада.