Международная коллаборация NANOGrav, использующая данные пульсарного тайминга (сверхточных измерений времени прихода импульсов), провела первый в истории поиск гравитационного рассеяния миллисекундных пульсаров на свободно летящих объектах — планетах-сиротах, коричневых карликах и крупных астероидах. Хотя прямых обнаружений сделать не удалось, работа позволила установить новые верхние пределы на количество таких объектов в окрестностях пульсаров.
Свободно летящие объекты, не привязанные гравитационно к звёздам, широко распространены в Млечном Пути. Их прямое обнаружение крайне сложно. В новой работе астрофизики предложили иной подход: искать не сами объекты, а их гравитационное влияние на сверхточные «часы» Вселенной — миллисекундные пульсары. Когда массивный объект пролетает рядом с пульсаром по гиперболической траектории, его гравитация слегка «подталкивает» пульсар, вызывая крошечные, но предсказуемые задержки в приходе его импульсов на Землю.
Исследователи проанализировали 15-летний набор данных NANOGrav, содержащий сверхточные временны́е измерения для 68 миллисекундных пульсаров. Они искали характерные сигналы от рассеяния объектов в широком диапазоне масс — от небольших астероидов до коричневых карликов.
Статистически значимых событий обнаружено не было, что, однако, позволило рассчитать строгие ограничения на плотность населения свободно летящих объектов. Например, для объектов массой с Юпитер верхний предел плотности вблизи исследованных пульсаров составил от нескольких миллионов до нескольких миллиардов на кубический парсек. Совместный анализ всех 68 пульсаров дал более жёсткое ограничение — около 600 тысяч объектов на кубический парсек.
Эти пределы, хотя и согласуются с ожиданиями, пока значительно менее строги, чем оценки, полученные методами гравитационного микролинзирования. Тем не менее, работа открывает принципиально новый, независимый метод поиска и изучения популяции неуловимых объектов в межзвёздном пространстве, включая гипотетические первичные чёрные дыры.
Чувствительность метода будет расти с увеличением времени наблюдений и с появлением новых радиотелескопов, таких как Square Kilometer Array, что в будущем повысит шансы на прямое обнаружение подобных гравитационных встреч и позволит точнее измерить, сколько одиноких планет и других тёмных странников скрывается в Галактике.