Liczba elementów w wieloskładnikowym równaniu, jakim jest wzór na barycentrum, jest tak duża, że dokładne wskazanie tego miejsca było dotąd skomplikowane. Jak w wielu problemach matematyczno-fizycznych, trzeba było nowego i lepszego sposobu liczenia. Opisano go w czasopiśmie ”Astrophysical Journal”.

Międzynarodowa grupa astronomów opracowała program pozwalający wskazać barycentrum Układu Słonecznego z dokładnością do 100 metrów. Software ów może znacząco usprawnić proces mierzenia fal grawitacyjnych.

W nowej metodzie pomiaru posłużono się wpływem fal grawitacyjnych na regularność emisji fal elektromagnetycznych przez pulsary. Te martwe, kręcące się w szalonym tempie gwiazdy regularnie strzelają takimi promieniami w odstępie milisekund. Niektóre także przez środek naszej planety.

Żeby zrozumieć znaczenie pulsarów w tej historii, trzeba myśleć o nich jak o latarniach morskich regularnie oświetlające jakieś miejsce w przestrzeni. Słowo klucz to regularnie.

Obserwatoria jak amerykańskie NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) posługują się sygnałami z wielu pulsarów jednocześnie, by szukać fal grawitacyjnych niskiej częstotliwości. Fale takie powinny delikatnie zaburzać rytm emisji promieniowania elektromagnetycznego. Jak gdyby ktoś na chwilę przysłonił światło z takiej morskiej latarni.

Stephen Taylor z uniwersytetu Vanderbilta i członek programu badawczego NANOGrav Collaboration woli porównanie do pajęczyny. – Obserwując pulsary na Drodze Mlecznej chcemy niczym pająk czekać w samym centrum sieci na każde drgnięcie – wyjaśnia w informacji prasowej. 

Fot: David Champion

Określenie centrum grawitacyjnego Układu Słonecznego nie było celem autorów programu do mierzenia fal grawitacyjnych. Raczej wykorzystano to oprogramowanie by doprecyzować tę istotną zmienną przed dokonywaniem pomiarów naszej galaktyki.

Wszystko sprowadza się do posługiwania się jak najwierniejszym wskazaniem położenia Ziemi względem owego barycentrum. Wynikające z niedokładnych informacji błędy w mierzeniu promieniowania z pulsarów mszczą się potem przy poszukiwaniach fal grawitacyjnych.

Za problem z obliczaniem grawitacyjnego centrum odpowiada przede wszystkim olbrzym w planetarnej rodzinie, czyli Jowisz. Ma on największy wpływ na Słońce ze wszystkich ciał niebieskich w Układzie Słonecznym.

Dotąd szacowano położenie barycentrum z wykorzystaniem efektu Dopplera, czyli zjawiska fizycznego w którym powstaje różnica częstotliwości fali wysyłanej przez jej źródło oraz częstotliwości fali rejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem tego źródła.

Dzięki dopplerowskiej analizie widma promieniowania gwiazd można wychwycić nawet minimalne odchylenia toru ich ruchu zachodzącego pod wpływem przyciągania grawitacyjnego otaczających planet.

Można też tą metodą obliczyć orbity i masy planet. Jednak wszelkie błędy w tych rachunkach mogą później objawiać się obserwatorom jako (fałszywe) fale grawitacyjne. Dlatego gdy Stephen Taylor i jego koledzy posługiwali się istniejącymi zbiorami danych do analizy informacji z obserwatorium NANOGrav, stale otrzymywali niespójne wyniki.

Fot: Tonia Klein/NANOGrav Physics Frontier Center

- W tej sytuacji przydał się nowy program nazwany BayesEphem służący do eliminowania błędów i niepewności dotyczących orbit obiektów w Układzie Słonecznym najbardziej problematycznych, efektu Jowisza przede wszystkim, z punktu widzenia poszukiwania fal grawitacyjnych z pomocą matrycy pulsarów – zauważa Science Alert

Zastosowanie algorytmu BayesEphem do danych z NANOGrav pozwoliło z jednej strony poprawić zdolność wykrywania fal grawitacyjnych a z drugiej, dokładniej policzyć barycentrum. I to z kolei wkrótce dodatkowo poprawi precyzję pomiarów fal grawitacyjnych niskiej częstotliwości.

- Nasze dokładne obserwacje pulsarów rozrzuconych po galaktyce pozwoliło dokładniej pokazać miejsce Ziemi w kosmosie – zauważył Taylor.