Сучасні обсерваторії гравітаційних хвиль мають два істотних обмеження. По-перше, вони можуть спостерігати лише потужні гравітаційні спалахи, такі як злиття чорних дір і нейтронних зірок. По-друге, вони можуть спостерігати ці злиття лише на довжинах хвиль від сотень до тисяч кілометрів. Це означає, що ми можемо спостерігати лише злиття зоряних мас. Звичайно, є багато цікавої гравітаційної астрономії, що відбувається на інших довжинах хвиль і рівнях шуму, що спонукало астрономів бути розумними. Однією з таких розумних ідей є використання пульсарів як телескопа.

Концепція відома як тактовий масив пульсарів (PTA). Пульсари — це обертові нейтронні зірки з сильним магнітним полем, спрямованим таким чином, що воно спрямовує спалах радіоенергії до Землі з кожним обертом. Ми сприймаємо їх як звичайний радіоспалах. Деякі пульсари, відомі як мілісекундні пульсари, обертаються настільки швидко, що випромінюють сотні радіоімпульсів за секунду. Оскільки обертання нейтронної зірки майже таке ж регулярне, як годинниковий механізм, пульсари можна використовувати як свого роду космічний годинник.

Через це, якщо пульсар рухається будь-яким способом, наприклад, навколо зірки, відносний рух пульсара спричиняє незначне зміщення імпульсів. Ми можемо виміряти ці зміни з надзвичайною точністю. Наші спостереження настільки точні, що пульсари використовувалися для вимірювання орбітального розпаду подвійних систем як непрямий доказ гравітаційних хвиль задовго до того, як ми змогли спостерігати їх безпосередньо.

Навіть якщо пульсари не є частиною подвійної системи, невеликі гравітаційні сили змушують їх злегка зміщуватися. Отже, коли через них проходить гравітаційна хвиля, їхні імпульси зміщуються на незначну величину. Ці зрушення відбуваються, по суті, на рівні випадкових коливань самих імпульсів, тому ми не можемо побачити ефект гравітаційної хвилі від одного пульсара. Нам потрібні спостереження за багатьма пульсарами, щоб побачити статистичні флуктуації. Отже, нам потрібен масив часових частот пульсарів.

кілька пульсарів можуть точно визначити джерело гравітаційних хвиль. Авторство: Като і Такахаші

Раніше цього року астрономи з NANOGrav використали масив із 67 пульсарів із даними за 15 років і змогли виміряти фоновий гравітаційний гул Всесвіту. Ймовірними джерелами цього фону є надмасивні подвійні чорні діри (SMBH), але результати не були остаточними. Одна проблема з даними полягає в тому, що, хоча команда могла виміряти гравітаційні хвилі, вони не змогли точно визначити точку їх походження.

Є кілька поточних проектів PTA, що означає, що незабаром ми матимемо велику кількість даних спостережень. У новому дослідженні команда пропонує, як ці дані можна використовувати для точного визначення джерела фонових гравітаційних хвиль. Їхня ідея зосереджена на точних вимірюваннях відстані до пульсарів у масиві. На цей час, хоча ми знаємо відстань до деяких пульсарів дуже точно, відстань багатьох пульсарів нечітка. Детальні спостереження пульсарів PTA за допомогою таких обсерваторій, як Very Long Baseline Array, можуть дати нам необхідну точність. Знання як відстані, так і зміни часу пульсара дасть нам діапазон для джерела. З масивом пульсарів діапазони перекриватимуться, щоб тріангуляти джерело.

Як показує документ, хороший рівень точності можна отримати за допомогою PTA лише з десятка пульсарів. Це початкове дослідження було зосереджено лише на 2-вимірному масиві, але більш 3D-масив також повинен бути достатньо точним. Звичайно, достатньо точно, щоб довести, чи походять ці фонові хвилі від надмасивних подвійних чорних дір, чи чогось, що ми ще не зовсім розуміємо.