2016. aasta veebruaris tegid Laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuses (LIGO) töötavad teadlased gravitatsioonilainete tuvastuse esmakordselt. Sellest ajast alates on toimunud mitmeid tuvastusi, peamiselt tänu instrumentide täiustamisele ja suuremale koostööle vaatluskeskuste vahel. Vaadates tulevikku, on võimalik, et selleks mitte kavandatud missioonid võivad gravitatsioonilainedetektoritena "kuuvalgust" ka kasutada.
Näiteks võib Gaia kosmoselaev - mis on hõivatud Linnutee kõige üksikasjalikuma 3D-kaardi koostamisega - olla ka gravitatsiooniliste lainete uurimisel oluline. Just seda väitis hiljuti Cambridge'i ülikooli astronoomide meeskond. Nende uuringu kohaselt on Gaia satelliidil vajalik ülitundlike musta augu ühinemistega tekitatavate ülimadala sagedusega gravitatsioonilainete uurimiseks vajalik tundlikkus.
Uuring pealkirjaga “Astromeetriline otsingumeetod Gaia abil individuaalselt lahendatavate gravitatsiooniliste laineallikate jaoks” ilmus hiljuti Füüsilise ülevaate kirjad. Cambridge'i ülikooli matemaatikateaduste keskuse teoreetilise füüsiku Christopher J. Moore juhtimisel kuulusid meeskonda Cambridge'i astronoomiainstituudi, Cavendishi labori ja Kavli kosmoloogiainstituudi liikmed.
Kokkuvõtteks võib öelda, et gravitatsioonilised lained (GW) on kosmoseaegsed kortsud, mis on tekkinud vägivaldsete sündmuste, näiteks musta augu ühinemiste, neutrontähtede kokkupõrke ja isegi Suure Paugu poolt. Algselt Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria kohaselt ennustasid sellised observatooriumid nagu LIGO ja Advanced Virgo neid laineid, mõõtes, kuidas kosmose aeg paindub ja pigistub vastuseks Maad läbivate GW-dele.
GW-de läbimine põhjustaks aga ka Maa tärkamise oma asukohas tähtede suhtes. Selle tulemusel saaks orbiidil liikuv kosmoseteleskoop (näiteks Gaia) selle kätte saada, märkides ajutise nihke kaugete tähtede asukohas. Gaia observatoorium, mis asutati 2013. aastal, on viimased aastad veetnud meie Galaktikas tähtede asendi ülitäpseid vaatlusi (teise nimega astromeetria).
Sellega seoses otsiks Gaia väikeseid nihkeid tema jälgitavas massilises täheväljas, et teha kindlaks, kas gravitatsioonilained on Maa naabruskonnast läbi liikunud. Uurimaks, kas Gaia oli ülesandega võimeline või mitte, viisid Moore ja tema kolleegid läbi arvutused, et teha kindlaks, kas Gaia kosmoseteleskoobil on vajalik ülitundlikkus ultra-madalsageduslike GW-de tuvastamiseks.
Sel eesmärgil simuleeris Moore ja ta kolleegid gravitatsioonilisi laineid, mille tekitas binaarne supermassiivne must auk - st kaks SMBH-d, mis tiirlevad üksteise ümber. Nad leidsid, et andmekogumite tihendamise teel koefitsiendiga üle 106 (mõõtes korraga miljardi asemel 100 000 tähte) saaks Gaia andmetest GW-sid taastada ainult 1% -lise tundlikkusega.
See meetod sarnaneb Pulsar Timing Arrays kasutatavaga, kus uuritakse millisekundiliste impulsside komplekti, et teha kindlaks, kas gravitatsioonilained muudavad nende impulsside sagedust. Kuid sel juhul jälgitakse tähti, et näha, kas nad võnkuvad iseloomuliku mustriga, mitte ei pulseeri. Vaadates korraga 100 000 tähe väljat, suudaksid teadlased tuvastatud põhjustatud liikumisi tuvastada (vt joonis ülal).
Seetõttu on Gaia andmete täielik avaldamine (kavandatud 2020. aastate alguses) tõenäoliselt suur võimalus GW-signaale jahtivatele inimestele. Nagu Moore selgitas a APS-i füüsika Pressiteade:
„Gaia muudab selle efekti mõõtmise esmakordselt realistlikuks väljavaateks. Lähenemise teostatavust soodustavad paljud tegurid, sealhulgas astromeetriliste mõõtmiste täpsus ja pikk kestus. Gaia jälgib 5–10 aasta jooksul umbes miljard tähte, paigutades igaüks neist sel perioodil vähemalt 80 korda. Nii paljude tähtede vaatlemine on Gaia peamine edasiminek. ”
Huvitav on ka see, et GW avastamise potentsiaal oli midagi, mille teadlased tunnistasid, kui Gaiat veel kujundati. Üks selline isik oli Lorhrmanni observatooriumi teadur ja TLÜ Dresdeni rühma Gaia juht Sergei A. Klioner. Nagu ta märkis oma 2017. aasta uuringus „Gaia-laadne astromeetria ja gravitatsioonilained“, suutis Gaia tuvastada GW-d, mis olid põhjustatud SMBH ühinemisest aastaid pärast sündmust:
„On selge, et kõige paljutõotavamad gravitatsioonilainete allikad astromeetriliseks tuvastamiseks on supermassiivsed binaarsed mustad augud galaktikate tsentrites. Arvatakse, et binaarsed supermassiivsed mustad augud on suhteliselt levinud galaktikate interaktsiooni ja ühinemise tulemus tavapärasel ajal. nende evolutsioon. Seda tüüpi objektid võivad anda gravitatsioonilaineid nii sageduste kui ka amplituudidega, mis on potentsiaalselt kosmose astromeetria levialas. Veelgi enam, nende objektide gravitatsioonilaineid võib sageli pidada praktiliselt konstantseks sageduseks ja amplituudiks kogu mitmeaastase vaatlusperioodi vältel. "
Kuid muidugi pole mingit garantiid, et Gaia andmete läbi sõelumisel ilmnevad täiendavad GW signaalid. Esiteks tunnistavad Moore ja tema kolleegid, et nendel ülimadalatel sagedustel võivad lained olla Gaia tuvastamiseks liiga nõrgad. Lisaks peavad teadlased olema võimelised eristama kosmoselaevade orientatsiooni muutumisest tulenevaid GW-sid ja vastuolulisi signaale - mis pole lihtne väljakutse!
Sellegipoolest on lootust, et Gaia-sugused missioonid suudavad paljastada GW-d, mis pole maapealsetel interferomeetrilistel detektoritel nagu LIGO ja Advanced Virgo kergesti nähtavad. Sellised detektorid mõjutavad atmosfääri (näiteks murdumine), mis takistab neil näha eriti madala sagedusega laineid - näiteks ürgsed lained, mis tekivad Suure Paugu inflatsiooniajal.
Selles mõttes ei erine gravitatsioonilise laine uurimine eksoplaneedi uuringutest ja paljudest teistest astronoomia harudest. Varjatud kalliskivide leidmiseks võib vaatluskeskustel tekkida vajadus kosmosesse viia, et kõrvaldada atmosfääri häiringud ja suurendada nende tundlikkust. Seejärel on võimalik, et teised kosmoseteleskoobid relvastatakse GW uurimiseks ja järgmise põlvkonna GW detektorid paigaldatakse kosmoselaevade pardale.
Viimastel aastatel on teadlased liikunud gravitatsioonilainete esmakordse tuvastamise juurest uute ja paremate viiside väljatöötamiseni. Selles tempos ei lähe kaua aega, kuni astronoomid ja kosmoloogid saavad meie kosmoloogilistesse mudelitesse lisada gravitatsioonilaineid. Teisisõnu, nad suudavad näidata, millist mõju need lained universumi ajaloos ja arengus mängisid.
