.The Galactic Pulse: Pulsar Timing Arrays Detect Long-Period Gravitational Waves
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.The Galactic Pulse: Pulsar Timing Arrays Detect Long-Period Gravitational Waves
은하 펄스: 펄사 타이밍 어레이가 장주기 중력파를 감지하다
주제:천문학천체물리학중력파나노그라브 북미 중력파 나노헤르츠 관측소 2024 년 7월 19일 배열 펄사 중력 파동 먼 은하계의 초대질량 블랙홀 이진이 생성한 중력적 파장에 영향을 받는 펄서 배열에 대한 예술가의 해석. 출처: NANOGrav Collaboration의 Aurore Simonnet
천체물리학자들은 NANOGrav에서 보고한 대로 68개 펄서의 데이터를 사용하여 장주기 중력파를 감지했습니다 . 15년간의 데이터를 기반으로 한 이 발견은 일반 상대성 이론의 예측과 일치하며 초거대 블랙홀과 은하 합병에 대한 통찰력을 제공합니다. 이 연구에는 상당한 협력과 기술 발전이 포함되었습니다.
천체물리학자들은 오늘 The Astrophysical Journal Letters 에 게재된 일련의 논문에 따르면, 우리 은하의 우주 시계를 관찰하기 위해 대형 전파 망원경을 사용하여 수년에서 수십 년 주기로 진동하는 중력파에 대한 증거를 발견했습니다.
중력파 신호는 펄사를 사용하여 중력파를 찾는 미국과 캐나다의 190명 이상의 과학자가 협력하는 북미 중력파 나노헤르츠 관측소(NANOGrav) 물리학 프런티어 센터(PFC)에서 수집한 15년간의 데이터에서 관찰되었습니다. 유럽, 인도, 호주, 중국에서 망원경을 사용하는 국제 협력도 독립적으로 유사한 결과를 보고했습니다.
오랫동안 찾던 중력파 신호 공개
NANOGrav의 이전 결과는 그들이 관찰한 모든 펄서에 공통적인 수수께끼의 타이밍 신호를 발견했지만, 그 신호는 너무 희미해서 그 기원을 밝힐 수 없었습니다.
15년 간의 데이터 공개는 이 신호가 우리 은하를 통과하는 느리게 물결치는 중력파와 일치한다는 것을 보여줍니다. "이것은 매우 낮은 주파수에서 중력파에 대한 핵심 증거입니다." 공동으로 검색을 이끌었고 현재 협업의 의장인 Vanderbilt University의 Stephen Taylor 박사가 말했습니다. "수년간의 작업 끝에 NANOGrav는 중력파 우주에 대한 완전히 새로운 창을 열고 있습니다."
우리 은하를 중력파 감지기로 바꾸다
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) 와 같은 지상 기반 장비에서 볼 수 있는 덧없는 고주파 중력파와 달리 , 이 지속적인 저주파 신호는 지구보다 훨씬 큰 검출기로만 감지할 수 있습니다. 이러한 필요성을 충족하기 위해 천문학자들은 펄사라는 이국적인 별을 사용하여 은하수 구역을 거대한 중력파 안테나로 바꾸었습니다. NANOGrav의 15년간의 노력은 68개의 펄사에서 데이터를 수집하여 펄사 타이밍 어레이 라는 유형의 검출기를 형성했습니다 .
펄사: 자연의 정밀 시계
펄서는 초신성 폭발로 인해 소멸한 거대한 별의 핵에서 나온 초고밀도 잔해입니다.
펄서는 빠르게 회전하여 전파 빔을 우주로 휩쓸어 지구에서 볼 때 "펄싱"하는 것처럼 보입니다. 이러한 물체 중 가장 빠른 밀리초 펄서는 초당 수백 번 회전합니다. 펄스가 매우 안정적이어서 정밀한 우주 시계로 유용합니다. 푸에르토리코의 아레시보 천문대, 웨스트버지니아의 그린뱅크 망원경, 뉴멕시코의 초대형 어레이에서 15년 이상 관측한 NANOGrav는 관측하는 펄서의 수를 점차 늘렸습니다.
웨스트버지니아 대학의 모라 맥라플린 박사이자 NANOGrav PFC의 공동 책임자는 "펄서는 실제로 매우 희미한 전파원이기 때문에 이 실험을 수행하려면 세계에서 가장 큰 망원경에서 매년 수천 시간이 필요합니다."라고 설명합니다. "이러한 결과는 미국 국립과학재단(NSF)이 이러한 매우 민감한 전파 천문대에 지속적으로 헌신한 덕분에 가능했습니다." "이제 15년간의 펄사 관측을 통해 수년에서 수십 년의 기간을 가진 중력파의 존재에 대한 최초의 증거가 나타나고 있습니다."
일반 상대성 이론의 예측 확인
아인슈타인의 일반 상대성 이론 은 중력파가 펄서 신호에 어떤 영향을 미치는지 정확하게 예측합니다.
중력파는 공간의 구조를 늘리고 압축하여 각 펄스의 타이밍에 작지만 예측 가능한 방식으로 영향을 미치며, 일부는 지연시키고 다른 일부는 진행합니다. 이러한 변화는 두 별이 하늘에서 얼마나 떨어져 있는지에 따라 달라지는 방식으로 모든 펄서 쌍에 상관 관계가 있습니다. "NANOGrav 분석에 사용된 많은 수의 펄사 덕분에 일반 상대성 이론에서 예측한 상관관계 패턴의 첫 징후를 볼 수 있었습니다." NANOGrav PFC의 공동 책임자인 오리건 주립 대학의 Xavier Siemens 박사가 말했습니다.
미래의 발견을 위한 기반 구축
이렇게 많은 펄사를 관측하려면 사람, 인프라, 시간에 대한 막대한 투자가 필요합니다.
2004년에 소수의 천문학자 그룹이 이 작업의 기초가 될 최초의 펄사 관측을 수행했습니다. 거의 20년 동안 이 그룹은 이 복잡한 중력파 탐색을 수행하는 데 필요한 사람의 수와 전문성의 다양성이 증가했습니다. 그 과정에서 NANOGrav 협업이 형성되어 구성원의 결합된 지식과 기술을 사용하여 데이터 수집을 확장하고 분석을 개선했습니다. 처음에는 펄사 계측기가 이 실험에 필요한 감도를 달성하기에 충분히 정밀하지 않았습니다.
팀은 아레시보와 그린 뱅크 망원경을 위한 차세대 계측기를 개발하기 위해 노력했습니다. 그들은 알려진 펄사를 조사하여 저주파 중력파를 검색할 수 있을 만큼 정밀한 펄사를 찾아 펄사 타이밍 어레이에 추가했습니다. 동시에 이론의 발전과 현대 컴퓨팅 아키텍처에 맞게 조정되고 최적화된 데이터 분석 기술의 획기적인 진전이 있었습니다.
Pulsar 타이밍 데이터의 다양한 활용
그 과정에서 NANOGrav는 풍부한 펄사 타이밍 데이터에 대한 여러 용도를 발견하여 다양한 흥미로운 천체물리학 퍼즐을 해결했습니다. 데이터와 NANOGrav의 방법론은 동반 논문에 설명되어 있습니다. 펄사 타이밍 논문을 주도한 라파예트 대학의 조셉 스위검 박사는 "이것은 우리가 데이터 제품 자체와 함께 데이터 세트를 생성하는 데 사용된 소프트웨어를 출시한 것은 처음입니다."라고 설명합니다.
"결과를 재현하는 데 필요한 모든 도구가 이제 공개되어 다른 과학자들이 더 쉽게 참여할 수 있습니다. 이를 통해 코드 개선이 촉진되고 커뮤니티와의 상호 작용이 확대되며 학생들에게 교육 기회가 제공됩니다." 2020년, 12년이 조금 넘는 데이터를 통해 NANOGrav 과학자들은 배열에 있는 모든 펄서의 타이밍 동작에 공통적인 신호, 즉 여분의 "윙윙거리는 소리"의 힌트를 보기 시작했고, 가능한 대안적 설명을 신중하게 고려하더라도 제거할 수 없었습니다. 협력은 이 신호가 실제이며 더 많은 관찰이 포함됨에 따라 감지하기가 더 쉬워졌다고 확신했습니다.
하지만 일반 상대성 이론에서 예측한 중력파 시그니처를 보여주기에는 여전히 너무 희미했습니다. 이제 15년간의 펄서 관찰을 통해 수년에서 수십 년의 기간을 가진 중력파의 존재에 대한 최초의 증거가 나타나고 있습니다. 중력파 웅웅거림의 근원을 풀다 위스콘신-밀워키 대학의 Sarah Vigeland 박사는 Taylor와 함께 NANOGrav의 신호 출처를 파악하기 위한 노력을 이끌고 있으며,
"이제 중력파에 대한 증거가 있으므로, 다음 단계는 우리의 관찰을 사용하여 이 윙윙거리는 소리를 생성하는 출처를 연구하는 것입니다. 한 가지 가능성은 신호가 우리 태양의 수백만 또는 수십억 배 질량을 가진 초거대 블랙홀 쌍에서 나오는 것입니다. 이 거대한 블랙홀이 서로를 공전하면서 저주파 중력파를 생성합니다."라고 말합니다.
-초거대 블랙홀은 우주에서 가장 큰 은하의 중심에 있는 것으로 여겨진다. 두 은하가 합쳐지면, 각각의 블랙홀은 새로 합쳐진 은하의 중심으로 가라앉아, 초기 은하가 합쳐진 지 오랜 시간 동안 이진계로 서로를 공전한다. 결국, 두 블랙홀은 합쳐질 것이다. 그러는 동안, 그들의 느린 나선형은 공간-시간의 구조를 늘리고 압축하여 중력파를 생성하는데, 이 파동은 연못의 잔물결처럼 원래 은하에서 멀어져 결국 우리 은하에 도달한다.
중력파 배경 디코딩
이 거대한 이중성에서 나오는 중력파 신호는 군중 속의 목소리나 오케스트라의 악기처럼 겹쳐져 펄서 타이밍 데이터에 고유한 패턴을 각인하는 전반적인 배경 "웅웅거림"을 생성할 것으로 예상됩니다.
이 패턴은 NANOGrav 과학자들이 거의 20년 동안 찾아왔던 것입니다. NANOGrav는 새로 출판된 논문 모음에서 이 중력파 배경에 대한 증거를 보여줍니다. 배경 험에 대한 자세한 분석은 이미 초거대 블랙홀이 어떻게 성장하고 합쳐지는지에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다.
NANOGrav가 보는 신호의 강도를 감안할 때, 우주의 극도로 거대한 블랙홀 이진 의 개체 수는 수십만, 어쩌면 수백만에 달할 것입니다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스 의 루크 켈리 박사이자 NANOGrav 천체물리학 그룹의 의장은 "한때 과학자들은 이진성 내의 초거대 블랙홀이 영원히 서로를 공전하며, 이런 신호를 생성할 만큼 가까이 다가가지 못할까봐 우려했습니다."라고 말했습니다. "하지만 이제 우리는 마침내 이런 극도로 거대하고 가까운 이진성 중 다수가 실제로 존재한다는 강력한 증거를 확보했습니다. 두 블랙홀이 펄사 타이밍 어레이에서 볼 수 있을 만큼 가까이 다가가면, 단 몇 백만 년 안에 합쳐지는 것을 막을 수 있는 것은 없습니다."
우주의 진화를 이해하다
이 신호에 대한 향후 조사는 과학자들이 우주가 가장 큰 규모에서 어떻게 진화했는지 이해하는 데 도움이 될 것이며, 은하가 얼마나 자주 충돌하는지, 블랙홀이 합쳐지는 원인에 대한 정보를 제공할 것입니다. 또한 빅뱅 자체 의 중력적 파장이 신호의 일부를 구성하여 우주 자체가 어떻게 형성되었는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 이러한 결과는 가장 작은 규모에서도 영향을 미쳐 우리 우주에 어떤 종류의 이국적인 입자가 존재할 수 있는지에 대한 한계를 설정합니다.
NSF의 Physics Frontiers Centers Program Director인 Michael Cavagnero는 "이것은 중력파 신호를 활용하여 천체물리학의 최전선에서 일어나는 현상에 대한 더 명확한 이해를 얻기 위한 NSF의 다각적인 노력에서 중요한 이정표입니다."라고 말합니다. 시간이 지남에 따라 NANOGrav는 비교적 가까이 있는 개별 초거대 블랙홀 이진의 기여를 골라낼 수 있을 것으로 기대합니다. "우리는 이국적인 별들로 구성된 은하계 크기의 중력파 검출기를 사용하고 있는데, 정말 놀랍습니다." National Radio Astronomy Observatory의 Scott Ransom 박사가 외칩니다.
"이전 데이터는 우리가 무언가를 듣고 있다고 알려주었지만 무엇인지는 몰랐습니다. 이제 우리는 그것이 중력 우주에서 나오는 음악이라는 것을 압니다. 계속 들으면서 이 우주 오케스트라에서 연주하는 악기에서 음을 골라낼 수 있을 것입니다. 이러한 중력파 결과를 은하계 구조와 진화에 대한 연구와 결합하면 우리 우주의 역사에 대한 이해에 혁명을 일으킬 것입니다." National Science Foundation(NSF)의 지원은 Physics Frontiers Center 프로그램을 통해 과학 작업에 대한 지원을 제공하고 여러 세계적 수준의 전파 망원경에 대한 접근을 통해 NANOGrav의 성공에 결정적인 역할을 했습니다. 향후 NANOGrav 결과에는 2019년에 프로젝트에 추가된 캐나다의 CHIME 망원경의 데이터가 통합될 것입니다.
NSF 이사 Sethuraman Panchanathan은 "NSF NANOGrav 팀은 본질적으로 우리 우주에 스며드는 중력파를 보여주는 은하계 전체의 탐지기를 만들었습니다."라고 말합니다. "미국 전역의 연구 기관이 참여하는 협업은 세계적 수준의 과학 혁신이 우리 국가의 모든 지역에 도달할 수 있고, 도달해야 하며, 도달한다는 것을 보여줍니다."
글로벌 협업과 미래 발견
전 세계의 천체물리학자들은 이 중력파 신호를 쫓느라 바빴습니다. 오늘 호주의 Parkes Pulsar Timing Array, 중국의 Pulsar Timing Array, 유럽 Pulsar Timing Array/인도 Pulsar Timing Array에서 발표한 여러 논문은 데이터에서 동일한 신호에 대한 힌트를 보고합니다. International Pulsar Timing Array 컨소시엄을 통해 지역 협업은 데이터를 결합하여 신호를 더 잘 특성화하고 새로운 유형의 소스를 찾기 위해 협력하고 있습니다. Taylor는 "우리의 결합된 데이터는 훨씬 더 강력할 것입니다."라고 말합니다. "우리는 그것이 우리 우주에 대해 어떤 비밀을 밝힐지 발견하게 되어 기쁩니다."
참고문헌: Gabriella Agazie, Akash Anumarlapudi, Anne M. Archibald, Zaven Arzoumanian, Paul T. Baker, Bence Bécsy, Laura Blecha, Adam Brazier, Paul R. Brook, Sarah Burke-Spolaor, Rand Burnette, Robin Case, Maria Charisi, Shami Chatterjee, Katerina Chatziioannou, Belinda D. Cheeseboro, Siyuan Chen, Tyler Cohen, James M. Cordes, Neil J. Cornish, Fronefield Crawford, H. Thankful Cromartie, Kathryn Crowter, Curt J. Cutler, Megan E. DeCesar, Dallas DeGan, Paul B. Demorest, Heling Deng, Timothy Dolch, Brendan Drachler, Justin A. Ellis, Elizabeth C. Ferrara, William 지음 피오레, 에마누엘 폰세카, 가브리엘 E. 프리드먼, 네이트 가버-대니얼스, 피터 A. 젠타일, 카일 A. 거스바흐, 조셉 글레이저, 데보라 C. 굿, 카이한 굴테킨, 제프리 S. 하즈본, 소피 후리한, 크리스티나 이슬로, 로스 J. 제닝스, 에런 D. 존슨, 메건 L. 존스, 앤드류 R. 카이저, 데이비드 L. 카플란, 루크 졸탄 켈리, 매튜 커, 조이 S. 키, 토니아 C. 클라인, 니마 라알, 마이클 T. 램, 윌리엄 G. 램, T. 조셉 W. 라치오, 나탈리아 레완도스카, 타이슨 B. 리텐버그, 팅팅 류, 안드레아 로멘, 던컨 R. 로리머, 징 뤄, 라이언 S. 린치, 충페이 마, 더스틴 R. 매디슨, 마가렛 A. 맷슨, 알렉산더 맥유언, 제임스 W. 맥키, 모라 A. 맥라플린, 나타샤 맥맨, 브래들리 W. 마이어스, 패트릭 M. 마이어스, 키아라 MF 밍가렐리, 안드레아 미트리다테, 프리얌바다 나타라잔, 체리 응, 데이비드 J. 나이스, 스텔라 코흐 오커, 켄 D. 올럼, 티모시 T. 페누치, 베네트지 BP 페레라, 폴리나 페트로프, 니한 S. 폴, 앙리 A. 라도반, 스콧 M. 랜섬, 폴 S. 레이, 조셉 D. 로마노, 샤슈왓 C. 사르데사이, 앤 슈미에데캄프, 칼 슈미에데캄프, 카이 슈미츠, 레비 슐트, 브렌트 J. 샤피로-앨버트, 자비에르 지멘스, 조셉 사이먼, 막달레나 S. 시웨크, 잉그리드 H. 스테어스, 다니엘 R. 스티네브링, 케빈 스토발, 제리 P. 선, 아비마뉴 수소바난, 조셉 K. 스위검, Jacob Taylor, Stephen R. Taylor, Jacob E. Turner, Caner Unal, Michele Vallisneri, Rutger van Haasteren, Sarah J. Vigeland, Haley M. Wahl, Qiaohong Wang, Caitlin A. Witt 및 Olivia Young, 2023년 6월 29일, The Asphysical Journal Letters . DOI: 10.3847/2041-8213/acdac6 NANOGrav 협업은 National Science Foundation Physics Frontiers Center 수상 번호 1430284 및 2020265, Gordon and Betty Moore Foundation, NSF AccelNet 수상 번호 2114721, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada(NSERC) Discovery Grant, Canadian Institute for Advanced Research(CIFAR)의 지원을 받습니다. Arecibo Observatory는 National Science Foundation의 시설로, University of Central Florida(UCF)가 Universidad Ana G. Méndez(UAGM) 및 Yang Enterprises(YEI), Inc.와 협력하여 협력 계약(#AST-1744119)에 따라 운영합니다. Green Bank Observatory와 National Radio Astronomy Observatory는 National Science Foundation의 시설로, Associated Universities, Inc.의 협력 계약에 따라 운영합니다.
mssoms 2407201237
초장주기 중력파는 qms.qvix.tsp.linear.pms에 존재한다. 허허.
소스1. 편집
a.천체물리학자들은 NANOGrav에서 보고한 대로 68개 펄서의 데이터를 사용하여 장주기 중력파를 감지했다 . 15년간의 데이터를 기반으로 한 이 발견은 일반 상대성 이론의 예측과 일치하며 초거대 블랙홀과 은하 합병에 대한 통찰력을 제공합니다. 이 연구에는 상당한 협력과 기술 발전이 포함되었다.
ㅡ펄서는 qms.qvix.zsp에서 무한정 존재하는 linear이다.
b.천체물리학자들은 우리 은하의 우주 시계를 관찰하기 위해 대형 전파 망원경을 사용하여 수년에서 수십 년 주기로 진동하는 중력파에 대한 증거를 발견했다. 중력파 신호는 펄사를 사용하여 중력파를 뭔센터(PFC)에서 수집한 15년간의 데이터에서 관찰되었다.
오랫동안 찾던 중력파 신호 공개
NANOGrav의 이전 결과는 그들이 관찰한 모든 펄서에 공통적인 수수께끼의 타이밍 신호를 발견했지만, 그 신호는 너무 희미해서 그 기원을 밝힐 수 없었다. 15년 간의 데이터 공개는 이 신호가 우리 은하를 통과하는 느리게 물결치는 중력파와 일치한다는 것을 보여준다.
이것은 매우 낮은 주파수에서 중력파에 대한 핵심 증거이댜ㅣ다. 중력파 우주에 대한 완전히 새로운 창을 열고 있다.
우리 은하를 중력파 감지기로 바꾸다
LIGO와 같은 지상 기반 장비에서 볼 수 있는 덧없는 고주파 중력파와 달리 , 이 지속적인 저주파 신호는 지구보다 훨씬 큰 검출기로만 감지할 수 있다. 이러한 필요성을 충족하기 위해 천문학자들은 펄사라는 이국적인 별을 사용하여 은하수 구역을 거대한 중력파 안테나로 바꾸었다. NANOGrav의 15년간의 노력은 68개의 펄사에서 데이터를 수집하여 펄사 타이밍 어레이 라는 유형의 검출기를 형성했다.
ㅡ글게 펄서는 qms.qvix.zsp에서 무한정 존재하는 linear을 잘 이용하면 68억개의 펄서깃털이 보일거여. 그러면 곧바로 초장주기 중력파가 즉시에 감지될거여.
mssoms 2407201237
Ultra-long period gravitational waves exist in qms.qvix.tsp.linear.pms. haha.
Source 1. edit
a. Astrophysicists detected long-period gravitational waves using data from 68 pulsars, as reported by NANOGrav. This discovery, based on 15 years of data, is consistent with predictions from general relativity and provides insight into supermassive black holes and galaxy mergers. This research involved significant collaboration and technological advancement.
ㅡPulsars are linear that exist indefinitely in qms.qvix.zsp.
b.Using large radio telescopes to observe our galaxy's cosmic clock, astrophysicists have discovered evidence for gravitational waves that oscillate in cycles of years to decades. The gravitational wave signal was observed in 15 years of data collected at the PFC Center for Gravitational Waves using pulsars.
Long-sought gravitational wave signal revealed
Previous results from NANOGrav discovered a mysterious timing signal common to all the pulsars they observed, but the signal was too faint to reveal its origin. The release of 15 years of data shows that this signal is consistent with slow undulating gravitational waves passing through our galaxy.
This is key evidence for gravitational waves at very low frequencies. Gravitational waves are opening a whole new window into the universe.
Turning our galaxy into a gravitational wave detector
Unlike the fleeting high-frequency gravitational waves seen by ground-based instruments such as LIGO, these persistent low-frequency signals can only be detected by detectors much larger than Earth. To meet this need, astronomers have used exotic stars called pulsars to turn sections of the Milky Way into giant gravitational wave antennas. NANOGrav's 15-year effort collected data from 68 pulsars to form a type of detector called a pulsar timing array.
ㅡWell, if you use the linear function that exists indefinitely in qms.qvix.zsp, you will see 6.8 billion pulsar feathers. Then, ultra-long period gravitational waves will be immediately detected.
Example 1.
vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd|0000e0
000ac0|f00bde
0c0fab|000e0d
e00d0c|0b0fa0
f000e0|b0dac0
d0f000|cae0b0
0b000f|0ead0c
0deb00|ac000f
ced0ba|00f000
a0b00e|0dc0f0
0ace00|df000b
0f00d0|e0bc0a
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
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cadccbcdc
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