Астрофизик исследовал 2,1 миллиарда пар квазаров и увеличил точность измерений гравитационных волн в семь раз

Астрофизик Джереми Дарлинг из Университета Колорадо в Боулдере разработал новаторский способ исследования фоновых гравитационных волн. В своем исследовании он использует данные с космического телескопа Gaia, чтобы установить беспрецедентные ограничения на низкочастотные нарушения, возникающие при слияниях черных дыр.

Основу его работы составляет анализ каталога Quaia, содержащего 1,1 миллиона квазаров. Дарлинг использовал два подхода: классическое применение векторных гармоник и новый метод анализа парных движений по кривой Хеллингса-Даунса. Последний, опираясь на 2,1 миллиарда пар квазаров, сократил систематические ошибки Gaia, такие как дипольные искажения от движения Солнечной системы. Это позволило впервые отделить «шум» самого телескопа от потенциальных сигналов гравитационных волн.

Главное достижение исследования — уточнение границ, в которых могут скрываться низкочастотные гравитационные волны. Новый метод позволил снизить максимально допустимый уровень их энергии в семь раз по сравнению с предыдущими расчетами. Например, проекты типа NANOGrav, исследующие высокочастотные волны с помощью пульсаров, выявляют сигналы в тысячи раз слабее. Однако преобразование этих данных на низкие частоты, характерные для слияний черных дыр, остается сложной задачей. Метод Дарлинга впервые делает это возможным, и следующее обновление данных Gaia может устранить этот пробел.

Учёный также проверил надежность своего метода, изучая взаимосвязи движений квазаров в различных направлениях. Отсутствие ложных корреляций подтвердило: наблюдаемые эффекты не связаны с погрешностями Gaia, а гравитационные волны остаются их лучшим объяснением.

Хотя имеющиеся данные (3 года наблюдений) еще не позволяют засечь фон от слияний черных дыр, ожидаемое обновление каталога Gaia в 2026 году, с учётом 5,5 лет наблюдений, может значительно повысить чувствительность. Совмещение с пульсарными данными способно раскрыть трехмерную структуру волн и проверить альтернативные теории гравитации и эволюцию галактик.

Источник: iXBT