Şubat 2016'da, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) için çalışan bilim adamları, yerçekimi dalgalarının ilk tespitini yaptılar. O zamandan bu yana, büyük ölçüde enstrümanlardaki iyileştirmeler ve gözlemevleri arasında daha fazla işbirliği düzeyleri sayesinde birden fazla tespit gerçekleştirildi. Geleceğe bakıldığında, bu amaç için tasarlanmamış görevlerin yerçekimi dalga dedektörleri olarak da “ay ışığı” yapabilmesi mümkündür.
Örneğin, Samanyolu'nun en ayrıntılı 3D haritasını oluşturmakla meşgul olan Gaia uzay aracı, yerçekimi dalgası araştırması söz konusu olduğunda da etkili olabilir. Cambridge Üniversitesi'nden bir gökbilimciler ekibi yakın zamanda bunu iddia etti. Çalışmalarına göre, Gaia uydusu, süper kütleli kara delik birleşmeleri tarafından üretilen ultra düşük frekanslı yerçekimi dalgalarını incelemek için gerekli hassasiyete sahiptir.
“Gaia ile Bireysel Olarak Çözülebilir Yerçekimi Dalga Kaynakları için Astrometrik Arama Yöntemi” başlıklı çalışma, Fiziksel İnceleme Mektupları. Cambridge Üniversitesi Matematik Bilimleri Merkezi'nden teorik fizikçi Christopher J. Moore tarafından yönetilen ekip, Cambridge Astronomi Enstitüsü, Cavendish Laboratuvarı ve Kavli Kozmoloji Enstitüsü üyelerini içeriyordu.
Özetlemek gerekirse, yerçekimi dalgaları (GW'ler) uzay-zamandaki kara delik birleşmeleri, nötron yıldızları arasındaki çarpışmalar ve hatta Büyük Patlama gibi şiddet olayları tarafından yaratılan dalgalanmalardır. Başlangıçta Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tarafından öngörülen LIGO ve Gelişmiş Başak gibi gözlemevleri, Dünya'dan geçen GW'lere yanıt olarak uzay-zamanın esneme ve sıkışma şeklini ölçerek bu dalgaları algılar.
Bununla birlikte, GW'leri geçmek, Dünya'nın yıldızlara göre konumunda salınmasına neden olur. Sonuç olarak, yörüngeli bir uzay teleskobu (Gaia gibi), uzak yıldızların konumunda geçici bir kaymaya dikkat ederek bunu başarabilir. 2013 yılında başlatılan Gaia gözlemevi, geçtiğimiz birkaç yıl içinde Galaksimizdeki yıldızların konumlarını (yani astrometri) yüksek hassasiyetli gözlemler yaparak geçirdi.
Bu bağlamda Gaia, yerçekimi dalgalarının Dünya'nın mahallesinden geçip geçmediğini belirlemek için izlediği devasa yıldız alanında küçük yer değiştirmeler arayacaktı. Gaia'nın göreve hazır olup olmadığını araştırmak için Moore ve meslektaşları, Gaia uzay teleskopunun ultra düşük frekanslı GW'leri tespit etmek için gerekli hassasiyete sahip olup olmadığını belirlemek için hesaplamalar yaptılar.
Bu amaçla Moore ve meslektaşları, ikili bir süper kütleli kara delik tarafından üretilen yerçekimi dalgalarını simüle ettiler - yani birbiri etrafında dönen iki SMBH. Buldukları şey, veri setlerini 10'dan fazla bir faktörle sıkıştırarak6 (bir seferde milyar yerine 100.000 yıldız ölçülür), GW'ler Gaia verilerinden yalnızca% 1 hassasiyet kaybı ile kurtarılabilir.
Bu yöntem, yerçekimi dalgalarının darbelerinin frekansını değiştirip değiştirmediğini belirlemek için bir dizi milisaniyelik pulsların incelendiği Pulsar Zamanlama Dizilerinde kullanılana benzer olacaktır. Bununla birlikte, bu durumda, yıldızlar titreşimden ziyade karakteristik bir desenle salınıp salınmadıklarını görmek için izlenmektedir. Araştırmacılar, bir seferde 100.000 yıldızlık bir alana bakarak, ortaya çıkan görünen hareketleri tespit edebileceklerdir (yukarıdaki şekle bakın).
Bu nedenle, Gaia verilerinin (2020'lerin başı için planlanan) tam sürümünün, GW sinyallerini arayanlar için büyük bir fırsat olması muhtemeldir. Moore'un açıkladığı gibi APS Fiziği basın bülteni:
“Gaia bu etkinin ölçülmesini ilk kez gerçekçi bir ihtimal haline getirecek. Astrometrik ölçümlerin hassasiyeti ve uzun süresi de dahil olmak üzere yaklaşımın uygulanabilirliğine birçok faktör katkıda bulunur. Gaia, 5-10 yıl boyunca yaklaşık bir milyar yıldız gözlemleyecek ve bu dönemde her birini en az 80 kez bulacaktır. Bu kadar çok yıldızı gözlemlemek Gaia'nın sağladığı büyük ilerlemedir. ”
GW algılama potansiyelinin, Gaia'nın hala tasarlanırken araştırmacıların tanıdığı bir şey olduğunu belirtmek de ilginçtir. Böyle bir kişi Lorhrmann Gözlemevi'nden bir araştırmacı ve TU Dresden'deki Gaia grubunun lideri Sergei A. Klioner'di. “Gaia benzeri astrometri ve yerçekimi dalgaları” adlı 2017 çalışmasında belirttiği gibi Gaia, olaydan yıllar sonra SMBH'lerin birleştirilmesinden kaynaklanan GW'leri tespit edebildi:
“Astrometrik algılama için en umut verici kütleçekim dalgalarının kaynaklarının, gökadaların merkezlerindeki süper kütleli ikili kara delikler olduğu açıktır. onların evrimi. Bu tür nesneler, uzay astrometrisinin erişebileceği potansiyel olarak hem frekanslara hem de genliklere sahip yerçekimi dalgaları verebilir. Dahası, bu nesnelerden gelen yerçekimi dalgalarının, birkaç yıllık tüm gözlem süresi boyunca neredeyse sabit frekans ve genliğe sahip olduğu düşünülebilir. ”
Ancak elbette, Gaia verilerini gözden geçirmenin ek GW sinyalleri ortaya çıkaracağının garantisi yoktur. Bir kere, Moore ve meslektaşları, bu ultra düşük frekanslardaki dalgaların Gaia'nın bile tespit edemeyeceği kadar zayıf olabileceğini kabul ediyorlar. Buna ek olarak, araştırmacıların GW'ler ve uzay aracının yönelimindeki değişikliklerden kaynaklanan çelişkili sinyalleri ayırt edebilmeleri gerekecek - bu da kolay bir meydan okuma değil!
Yine de, Gaia gibi misyonların, LIGO ve Gelişmiş Başak gibi yer tabanlı interferometrik dedektörler tarafından kolayca görülemeyen GW'leri ortaya çıkarabileceği umudu var. Bu tür dedektörler, son derece düşük frekans dalgalarını görmelerini engelleyen atmosferik etkilere (kırılma gibi) maruz kalırlar - örneğin, Big Bang'in şişirme döneminde üretilen primordial dalgalar.
Bu anlamda, yerçekimi dalgası araştırması, dış gezegen araştırmalarından ve astronominin diğer birçok dalından farklı değildir. Gizli mücevherleri bulmak için, gözlemevlerinin atmosferik paraziti ortadan kaldırmak ve hassasiyetlerini arttırmak için yer alması gerekebilir. O zaman diğer uzay teleskoplarının GW araştırması için yeniden yapılandırılması ve yeni nesil GW dedektörlerinin uzay aracına monte edilmesi mümkündür.
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, bilim adamları yerçekimi dalgalarının ilk tespitini yapmaktan, onları tespit etmek için yeni ve daha iyi yollar geliştirmeye geçtiler. Bu oranda, gökbilimcilerin ve kozmologların yerçekimi dalgalarını kozmolojik modellerimize dahil edebilmeleri çok uzun sürmeyecek. Başka bir deyişle, bu dalgaların Evrenin tarihinde ve evriminde ne gibi etkileri olduğunu gösterebileceklerdir.
