Die Mitte von etwas so Großem wie unserem Sonnensystem zu definieren, ist bestenfalls eine knifflige Angelegenheit, aber dank der Arbeit des Gravitationswellenobservatoriums der National Science Foundation und einer raffinierten neuen Modellierungssoftware haben Forscher, die mit dem Jet Propulsion Lab der NASA zusammenarbeiten, jetzt das Bullseye unserer planetarischen Nachbarschaft enthüllt.
In einer neuen Studie, die kürzlich im Online Scientific Forum des Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, haben Astronomen gezeigt, dass sich der Massenschwerpunkt unseres Sonnensystems nur 330 Fuß über der Sonnenoberfläche befindet. Diese genaue Stelle, offiziell als Baryzentrum bekannt, würde einem Zehntel der Breite eines Spaghettistiels entsprechen, der auf einem Fußballfeld liegt, und Wissenschaftlern helfen, nach schwer fassbaren Gravitationswellen zu suchen, die durch unser Territorium kräuseln und die Milchstraße verzerren.
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“ Mit den Pulsaren, die wir in der Milchstraße beobachten, versuchen wir, wie eine Spinne zu sein, die in der Mitte ihres Netzes in Stille sitzt „, sagt Co-Autor Stephen Taylor, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Vanderbilt University in Tennessee. „Wie gut wir den Schwerpunkt des Sonnensystems verstehen, ist entscheidend, wenn wir versuchen, selbst das kleinste Kribbeln im Netz zu spüren.“
Der Massenschwerpunkt des Sonnensystems, einschließlich der Sonne, der Erde und aller umkreisenden Planeten, dreht sich alle um dieses Baryzentrum, und es verschiebt sich immer um Positionen, die sich genau daraus ergeben, wo sich Planeten in ihren ewigen Umlaufbahnen befinden. Jupiter ist jedoch ein Mobbing-Gigant, wenn es um Gravitationseinflüsse geht, und dieses genaue Zentrum kann sich leicht bewegen, je nachdem, wo sich der Gasriese auf seiner langen Reise um unseren wackelnden Stern befindet.
Ephemeriden, detaillierte Karten, die die geschätzten Positionen der Sonne zeigen, Mond, und alle Planeten im Laufe eines Jahres, waren eine Möglichkeit, das Zentrum des Sonnensystems zu bestimmen, und ermöglichten es Seeleuten, an den Sternen vorbei zu navigieren. Diese Karten berücksichtigen jedoch nicht alle Aberrationen, die durch Anomalien wie Gravitationswellen Schwarzer Löcher und planetarisches Zerren verursacht werden. Eine ausgefeiltere Ephemeridenmodellierung, die von Computern erstellt wurde, bietet ein höheres Maß an Flugbahnverfolgung.
Detailliert in dieser aktuellen Forschungsarbeit untersuchten Wissenschaftler Beobachtungen von Pulsaren, die über ein Jahrzehnt lang vom nordamerikanischen Nanohertz-Observatorium für Gravitationswellen (NANOGrav) der NSF beobachtet wurden, und verwendeten die stetigen Signale, die von sterbenden Pulsarsternen emittiert wurden, um ihre Entfernungsberechnungen zu unterstützen, um ihre genauere Schätzung vorzunehmen.
Pulsare sind ein hoch erregbarer Typ von sich schnell drehenden Neutronensternen, dicht gepackte Sternkerne, die regelmäßige Strahlen konzentrierter Strahlung von ihren Polen ausstrahlen.
„In diesem Artikel beschreiben wir die Motivation, Konstruktion und Anwendung eines physikalischen Modells der Ephemeridenunsicherheiten des Sonnensystems, das sich auf die Freiheitsgrade (Jupiters Orbitalelemente) konzentriert, die für die Gravitationswellensuche mit Pulsar-Timing-Arrays am relevantesten sind“, bemerken die Forscher.
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In Anerkennung dieser lebenswichtigen Unsicherheiten und in der Hoffnung, ein genaueres Sonnensystemzentrum bereitzustellen, entwarfen die Forscher ein neues Softwaremodell namens BayesEphem. Geladen mit fortschrittlichen Detektionswerkzeugen modellierten sie die Ephemeriden, die Fehler bei ihren Gravitationswellenmessungen verursachten. Indem sie eine realistische Vorstellung von den Methoden einfügten, mit denen Jupiters Schwerkraft das Gleichgewicht der Himmelskörper um ihn herum beeinflusste, entdeckten sie glücklich, dass auch ihre Gravitationswellenberechnungen aufeinander abgestimmt waren.
NANOGrav nutzt die Technologie massiver Radioteleskope wie die am Arecibo Observatory in Puerto Rico und am Green Bank Observatory in West Virginia und sucht nach Variationen der Störungen von Schwarzen Löchern und der Strahlzeit von Pulsaren, wenn sie auf die Erde treffen, verursacht durch einen leichten Verzerrungseffekt von Zeit-Raum-Wellen, die als Gravitationswellen bekannt sind.
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“ Unsere genaue Beobachtung von Pulsaren, die über die Galaxie verstreut sind, hat uns im Kosmos besser lokalisiert als je zuvor „, erklärte Taylor. „Indem wir Gravitationswellen auf diese Weise finden, erhalten wir neben anderen Experimenten einen ganzheitlicheren Überblick über alle Arten von Schwarzen Löchern im Universum.“