2016 m. Vasario mėn. Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorijoje (LIGO) dirbantys mokslininkai pirmą kartą nustatė gravitacines bangas. Nuo to laiko įvyko daugybė aptikimų, daugiausia dėl patobulintų instrumentų ir didesnio observatorijų bendradarbiavimo. Žvelgiant į ateitį, įmanoma, kad šiam tikslui neskirtos misijos taip pat galėtų „mėnulio šviesą“ laikyti gravitacinių bangų detektoriais.
Pvz., Erdvėlaivis „Gaia“, užsiimantis tiksliausiu Paukščių Tako 3D žemėlapiu, taip pat galėtų būti naudingas atliekant gravitacinių bangų tyrimus. Štai ką neseniai teigė Kembridžo universiteto astronomų komanda. Remiantis jų tyrimu, „Gaia“ palydovas turi reikiamą jautrumą, kad galėtų ištirti ypač žemo dažnio gravitacines bangas, kurias sukuria supermasyvios juodosios skylės.
Neseniai pasirodė tyrimas, pavadintas „Astrometrinis paieškos metodas, naudojant atskirai išskiriamus gravitacinių bangų šaltinius su Gaia“. Fizinės apžvalgos raštai. Christopherio J. Moore'o, Kembridžo universiteto Matematikos mokslų centro fiziko, vadovaujamas būrys sudarė Kembridžo astronomijos instituto, Cavendish laboratorijos ir Kavli kosmologijos instituto narius.
Norėdami susikaupti, gravitacinės bangos (GW) yra erdvės laiko bangos, atsirandančios dėl žiaurių įvykių, tokių kaip juodųjų skylių susiliejimai, neutroninių žvaigždžių susidūrimai ir net Didysis sprogimas. Iš pradžių tai numatė Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija, tokios observatorijos kaip LIGO ir „Advanced Virgo“ nustato šias bangas išmatuodamos, kaip erdvės laikas keičiasi ir prisispaudžia reaguodamas į GW, praeinančius per Žemę.
Tačiau jei praeis GW, Žemė taip pat gali svyruoti savo vietoje žvaigždžių atžvilgiu. Dėl to aplink orbitą skriejantis kosminis teleskopas (toks kaip Gaia) galėtų į jį atkreipti dėmesį, pastebėdamas laikiną tolimų žvaigždžių padėties poslinkį. Gaia observatorija, įsteigta 2013 m., Pastaruosius kelerius metus praleido atlikdama labai tikslius žvaigždžių padėties stebėjimus mūsų galaktikoje (dar žinomas kaip astrometrija).
Šiuo atžvilgiu Gaia ieškotų mažų poslinkių didžiuliame žvaigždžių lauke, kurį stebi, kad nustatytų, ar gravitacinės bangos praėjo pro Žemės kaimynystę. Norėdami išsiaiškinti, ar Gaia susidorojo su užduotimi, Moore'as ir jo kolegos atliko skaičiavimus, kad nustatytų, ar „Gaia“ kosminis teleskopas turi reikiamą jautrumą aptikti ypač žemo dažnio GW.
Šiuo tikslu Moore'as ir jo kolegos imitavo gravitacines bangas, kurias sukuria dvejetainė supermasyvi juodoji skylė - t.y. du SMBH, skriejantys aplink vienas kitą. Jie nustatė, kad suglaudinant duomenų rinkinius dauginant iš 106 (matuojant 100 000 žvaigždžių, o ne milijardą vienu metu), GW gali būti atkurta iš „Gaia“ duomenų tiktai 1% praradus jautrumą.
Šis metodas būtų panašus į metodą, naudojamą „Pulsar Timing Arrays“, kur tiriamas milisekundžių pulsatorių rinkinys, siekiant nustatyti, ar gravitacinės bangos keičia jų impulsų dažnį. Tačiau šiuo atveju žvaigždės yra stebimos, kad patikrintų, ar jos svyruoja būdingu modeliu, o ne pulsuoja. Pažvelgę į 100 000 žvaigždžių lauką vienu metu, tyrėjai sugebės aptikti sukeltus akivaizdžius judesius (žr. Paveikslą aukščiau).
Dėl šios priežasties visiškas „Gaia“ duomenų paskelbimas (numatytas 2020 m. Pradžioje) greičiausiai bus puiki galimybė tiems, kurie medžioja GW signalus. Kaip paaiškino Moore'as a APS fizika pranešimas spaudai:
„Gaia pirmą kartą pavers šį efektą realia perspektyva. Prie požiūrio pagrįstumo prisideda daug veiksnių, įskaitant astrometrinių matavimų tikslumą ir ilgą laiką. Gaia per 5–10 metų stebės apie milijardą žvaigždžių, per tą laiką apžiūrėdama kiekvieną iš jų bent 80 kartų. Stebėti tiek daug žvaigždžių yra pagrindinis Gaios pasiekimas. “
Taip pat įdomu pastebėti, kad GW aptikimo potencialas buvo tas, kurį tyrėjai pripažino, kai „Gaia“ dar buvo kuriama. Vienas tokių asmenų buvo Sergejus A. Klioneris, Lorhrmanno observatorijos tyrėjas ir TU Drezdeno grupės „Gaia“ vadovas. Kaip jis nurodė savo 2017 m. Tyrime „Gaia panaši astrometrija ir gravitacinės bangos“, Gaia galėjo aptikti GW, kuriuos sukėlė susijungę SMBH po metų po įvykio:
„Aišku, kad perspektyviausi gravitacinių bangų šaltiniai, skirti astrometriniam aptikimui, yra supermasyvios dvejetainės juodosios skylės galaktikų centruose. Manoma, kad dvejetainės supermasyviosios juodosios skylės yra gana dažnas galaktikų sąveikos ir susiliejimo produktas įprastu metu. jų evoliucija. Tokie objektai gali suteikti gravitacines bangas tiek su dažniu, tiek su amplitudėmis, kurias gali pasiekti kosmoso astrometrija. Be to, gali būti laikoma, kad gravitacinių bangų, einančių iš tų objektų, dažnis ir amplitudė yra beveik pastovus per visą kelerių metų stebėjimo laikotarpį. “
Bet, žinoma, nėra garantijų, kad perskaičiavus „Gaia“ duomenis bus parodyti papildomi GW signalai. Viena vertus, Moore'as ir jo kolegos pripažįsta, kad bangos šiuose ypač žemuose dažniuose gali būti per silpnos, kad net Gaia galėtų jas aptikti. Be to, tyrėjai turės sugebėti atskirti GW nuo prieštaringų signalų, atsirandančių dėl erdvėlaivio orientacijos pokyčių - o tai nėra lengvas iššūkis!
Vis tik yra vilčių, kad tokios misijos kaip „Gaia“ sugebės atskleisti GW, kurie nėra lengvai matomi antžeminiams interferometriniams detektoriams, tokiems kaip LIGO ir „Advanced Virgo“. Tokie detektoriai patiria atmosferos poveikį (pvz., Refrakciją), neleidžiantys jiems pamatyti ypač žemo dažnio bangų - pavyzdžiui, pirmapradės bangos, sklindančios Didžiojo sprogimo infliacijos metu.
Šia prasme gravitacinių bangų tyrimai nėra panašūs į egzoplanetų ir daugelio kitų astronomijos šakų tyrimus. Norint surasti paslėptus brangakmenius, observatorijoms gali tekti pakeliauti į kosmosą, kad būtų pašalinti atmosferos trukdžiai ir padidintas jų jautrumas. Gali būti, kad kiti kosminiai teleskopai bus modifikuoti GW tyrimams, o naujos kartos GW detektoriai bus montuojami į erdvėlaivį.
Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai perėjo nuo pirmojo gravitacinių bangų aptikimo prie naujų ir geresnių jų aptikimo būdų. Tokiu greičiu neilgai trukus astronomai ir kosmologai galės įtraukti gravitacines bangas į mūsų kosmologinius modelius. Kitaip tariant, jie galės parodyti, kokią įtaką šios bangos vaidino Visatos istorijoje ir evoliucijoje.
