Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн ( NANOGrav ) — это консорциум астрономов [1], которые разделяют общую цель обнаружения гравитационных волн посредством регулярных наблюдений ансамбля миллисекундных пульсаров с использованием телескопа Грин-Бэнк , обсерватории Аресибо , Very Large Array и канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME) . Планы будущих наблюдений включают до 25% общего времени Deep Synoptic Array 2000 (DSA2000). Этот проект осуществляется в сотрудничестве с международными партнерами в Parkes Pulsar Timing Array в Австралии, European Pulsar Timing Array и Indian Pulsar Timing Array как части International Pulsar Timing Array .
Гравитационные волны являются важным предсказанием общей теории относительности Эйнштейна и являются результатом объемного движения материи, флуктуаций в ранней Вселенной и динамики самого пространства-времени . Пульсары — это быстро вращающиеся, сильно намагниченные нейтронные звезды, образовавшиеся во время взрывов сверхновых массивных звезд. Они действуют как высокоточные часы с множеством физических приложений, начиная от небесной механики, сейсмологии нейтронных звезд, испытаний сильного гравитационного поля и галактической астрономии.
Идея использовать пульсары в качестве детекторов гравитационных волн была первоначально предложена Сажиным [4] и Детвейлером [5] в конце 1970-х годов. Идея состоит в том, чтобы рассматривать барицентр солнечной системы и удаленный пульсар как противоположные концы воображаемого рукава в пространстве. Пульсар действует как эталонные часы на одном конце рукава, посылая регулярные сигналы, которые отслеживаются наблюдателем на Земле. Эффект проходящей гравитационной волны будет заключаться в возмущении локальной метрики пространства-времени и в изменении наблюдаемой частоты вращения пульсара.
Хеллингс и Даунс [6] расширили эту идею в 1983 году на массив пульсаров и обнаружили, что стохастический фон гравитационных волн будет создавать коррелированный сигнал для различных угловых разделений на небе, теперь известный как кривая Хеллингса–Даунса . Эта работа была ограничена по чувствительности точностью и стабильностью пульсарных часов в массиве. После открытия первого миллисекундного пульсара в 1982 году Фостер и Дональд К. Бэкер [7] были среди первых астрономов, которые серьезно улучшили чувствительность к гравитационным волнам, применив анализ Хеллингса–Даунса к массиву высокостабильных миллисекундных пульсаров.
Появление современных цифровых систем сбора данных, новых радиотелескопов и приемных систем, а также открытие множества новых пульсаров повысили чувствительность массива синхронизации пульсаров к гравитационным волнам. В статье 2010 года Хоббса и др. [8] подводится итог раннему состоянию международных усилий. В статье 2013 года Демореста и др. [9] описывается пятилетний выпуск данных, анализ и первый предел NANOGrav для стохастического гравитационного волнового фона. За ним последовали девятилетний и 11-летний выпуски данных в 2015 и 2018 годах соответственно. Каждый из них еще больше ограничивал гравитационный волновой фон, а во втором случае были усовершенствованы методы точного определения барицентра Солнечной системы.
В 2020 году сотрудничество представило первые доказательства наличия гравитационно-волнового фона в 12,5-летнем выпуске данных, приняв форму шума, соответствующего ожиданиям; однако его нельзя было однозначно отнести к гравитационным волнам. [10] [11]
В Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики 2020 года Национальные академии наук назвали NANOGrav одним из восьми среднемасштабных астрофизических проектов, рекомендованных в качестве высокоприоритетных для финансирования в следующем десятилетии.
В июне 2023 года NANOGrav опубликовала дополнительные доказательства стохастического гравитационно-волнового фона, используя 15-летний выпуск данных. В частности, она обеспечивает измерение кривой Хеллингса–Даунса [12], уникального признака гравитационно-волнового происхождения наблюдений. [13] [14]
NSF впервые финансировал исследователей в рамках NANOGrav в рамках программы «Партнерство для международных исследований и образования» (PIRE) с 2010 по 2015 год; программы Центра по передовым рубежам физики (PFC) с 2015 по 2021 год; и из второго гранта PFC, начинающегося в 2021 году. NANOGrav как PFC NSF поддерживался Отделением физики и астрономических наук NSF и программой Windows on the Universe. NSF также внес свой вклад в поддержку International Pulsar Timing Array через программу AccelNet. NANOGrav также поддерживался Фондом Гордона и Бетти Мур, Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады и Канадским институтом перспективных исследований.
Научно-исследовательская деятельность NANOGrav также поддерживалась грантами для отдельных исследователей, предоставленными Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям ( NSERC ) в Канаде, Национальным научным фондом (NSF) и Исследовательской корпорацией по научному прогрессу в США.
