Międzynarodowa tablica synchronizacji pulsarów
International Pulsar Timing Array ( IPTA ) to wieloinstytucjonalna współpraca wielu teleskopów obejmująca European Pulsar Timing Array (EPTA), North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) w Australii oraz indyjski projekt Pulsar Timing Array Project (InPTA). Celem IPTA jest wykrywanie fal grawitacyjnych o bardzo niskiej częstotliwości , takich jak powstające w wyniku łączenia się supermasywnych czarnych dziur , przy użyciu układu około 30 pulsary . Cel ten jest wspólny dla każdej z uczestniczących instytucji, ale wszystkie uznały, że ich cel zostanie osiągnięty szybciej, jeśli połączą swoje wysiłki i zasoby.
Przegląd
Podstawowy eksperyment wykorzystuje przewidywalność czasów nadejścia (TOA) impulsów z pulsarów milisekundowych (MSP) i wykorzystuje je jako system zegarów galaktycznych. Zakłócenia zegarów będą mierzalne na Ziemi. Zakłócenie spowodowane przez przechodzącą falę grawitacyjną będzie miało określoną sygnaturę w całym zespole pulsarów, a zatem zostanie wykryte.
Eksperyment jest analogiczny do naziemnych detektorów interferometrycznych, takich jak LIGO i VIRGO , gdzie czas przelotu wiązki laserowej jest mierzony po określonej ścieżce i porównywany z czasem przelotu po ścieżce zorientowanej prostopadle. Zamiast czasu przelotu wiązki laserowej, IPTA mierzy czas przelotu impulsu elektromagnetycznego z pulsara. Zamiast 4-kilometrowych ramion, jak w przypadku LIGO, „ramionami” IPTA są tysiące lat świetlnych – odległość między pulsarami a Ziemią. Każda z PTA razy około 20 MSP każdego miesiąca. Przy znacznym nakładaniu się współpracy, całkowita liczba MSP mierzona przez IPTA, a tym samym liczba „ramion” w detektorze, wynosi około 30.
Te różnice między IPTA a interferometrami naziemnymi pozwalają im badać zupełnie inny zakres częstotliwości fal grawitacyjnych, a tym samym inną kategorię źródeł. Podczas gdy detektory naziemne są czułe na zakres od dziesiątek do tysięcy Hz, IPTA jest czuły na zakres od dziesiątek do setek mikroherców. Oczekuje się, że głównym źródłem fal grawitacyjnych w tym zakresie będą binarne połączenia supermasywnych czarnych dziur o miliardach mas Słońca, które, jak się uważa, występują we wszechświecie w centrach galaktyk, w wyniku wcześniejszych połączeń tych galaktyk.
Zasoby IPTA są znaczne. EPTA wykorzystuje duże ilości czasu na pięciu europejskich teleskopach klasy 100-metrowej: Teleskopie Lovella w Anglii, 100-metrowym Radiotelskopie Effelsberg w Niemczech, Teleskopie Radiowym Sardynii we Włoszech, Teleskopie Radiowym Westerbork Synthesis w Holandii oraz Radioteleskop Nançay we Francji. Razem te pięć teleskopów tworzy Large European Array for Pulsars (LEAP), w którym działają razem jako pojedynczy teleskop klasy 300 metrów. NANOGrav zużywa około 1 dnia na miesiąc czasu na 100 m Green Bank Telescope , a przed jego upadkiem 0,5 dnia w miesiącu w 300-metrowym Obserwatorium Arecibo w Puerto Rico. PPTA wykorzystuje kilka dni w miesiącu na 64-metrowym Teleskopie Radiowym Parkes w Australii.
Czas Pulsara zajął pierwsze miejsce w kategorii „średniej wielkości” w kategorii priorytetów Panelu Astrofizyki Cząstek i Grawitacji Astro2010 Decadal Review sponsorowanego przez amerykańską Narodową Akademię Nauk.
IPTA jest koordynowana i doradzana przez Komitet Sterujący IPTA, siedmioosobowy komitet składający się z dwóch przedstawicieli każdego z trzech członków konsorcjum IPTA oraz byłego przewodniczącego. Obecnie w komitecie są Richard Manchester (obecny przewodniczący; CSIRO Astronomy and Space Science; PPTA), Willem van Straten ( Swinburne University of Technology ; PPTA), Scott Ransom ( National Radio Astronomy Observatory ; NANOGrav), Ingrid Stairs ( University of British Columbia ; NANOGrav), Ben Stappers ( Jodrell Bank Center for Astrophysics ; EPTA), Gilles Theureau ( Uniwersytet w Orleanie ; EPTA) i Andrea Lommen (były przewodniczący; Franklin & Marshall College ). Każdy z trzech członków konsorcjum jest także członkiem Międzynarodowego Komitetu Fal Grawitacyjnych , rady doradczej składającej się z liderów eksperymentów z falami grawitacyjnymi na całym świecie.
Pierwsze dane IPTA opublikowano 12 lutego 2016 r., kiedy podano limit 2 sigma dla amplitudy tła fali grawitacyjnej . Druga publikacja danych, 10 września 2019 r., zaowocowała wykryciem oczekiwanego czerwonego szumu , ale nie żadnych fuzji supermasywnych czarnych dziur.