ในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับ Laser Interferometer Gravitational-Observatory (LIGO) ได้ทำการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก ตั้งแต่นั้นมามีการตรวจจับหลายครั้งเกิดขึ้นต้องขอบคุณส่วนใหญ่ในการปรับปรุงเครื่องมือและการทำงานร่วมกันในระดับสูงขึ้นระหว่างหอดูดาว มองไปข้างหน้าความเป็นไปได้ที่ภารกิจที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์นี้อาจเป็น "แสงจันทร์" ในฐานะเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง
ตัวอย่างเช่นยานอวกาศ Gaia ซึ่งกำลังยุ่งอยู่กับการสร้างแผนที่ 3 มิติที่มีรายละเอียดมากที่สุดของทางช้างเผือก - อาจเป็นเครื่องมือในการวิจัยคลื่นความโน้มถ่วง นั่นคือสิ่งที่ทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์อ้างเมื่อไม่นานมานี้ จากการศึกษาของพวกเขาดาวเทียม Gaia มีความไวที่จำเป็นในการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำพิเศษที่เกิดจากการควบรวมของหลุมดำมวลมหาศาล
การศึกษาเรื่อง“ วิธีการค้นหาทางดาราศาสตร์สำหรับแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่สามารถแก้ไขได้แบบเอกเทศด้วย Gaia” เพิ่งปรากฏใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ. นำโดย Christopher J. Moore นักฟิสิกส์ทฤษฎีจากศูนย์คณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ทีมรวมสมาชิกจากสถาบันดาราศาสตร์ของเคมบริดจ์ห้องทดลองคาเวนดิชและสถาบันดาราศาสตร์ Kavli สำหรับจักรวาลวิทยา
เมื่อต้องการสรุปภาพคลื่นความโน้มถ่วง (GWs) เป็นระลอกคลื่นในอวกาศ - เวลาที่เกิดจากเหตุการณ์รุนแรงเช่นการรวมตัวของหลุมดำการชนระหว่างดาวนิวตรอนและแม้แต่บิ๊กแบง แต่เดิมทำนายไว้โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์หอสังเกตการณ์เช่น LIGO และ Advanced Virgo ตรวจจับคลื่นเหล่านี้โดยการวัดการโค้งงอและบีบเวลาในอวกาศเพื่อตอบสนองต่อ GW ผ่านโลก
อย่างไรก็ตามการผ่าน GWs ก็จะทำให้โลกสั่นในตำแหน่งของมันด้วยความเคารพต่อดวงดาว ด้วยเหตุนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่กำลังโคจรอยู่ (เช่น Gaia) จะสามารถรับสิ่งนี้ได้โดยสังเกตการเคลื่อนที่ชั่วคราวในตำแหน่งของดาวฤกษ์ห่างไกล หอสังเกตการณ์ Gaia เปิดตัวในปี 2556 ใช้เวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมาในการสำรวจตำแหน่งดาวในกาแลคซีของเรา (อาคา.
ในแง่นี้ Gaia จะค้นหาการกระจัดกระจายเล็ก ๆ ในเขตข้อมูลของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่กำลังตรวจสอบอยู่เพื่อตรวจสอบว่าคลื่นความโน้มถ่วงได้ผ่านย่านของโลกหรือไม่ เพื่อตรวจสอบว่า Gaia เป็นไปตามภาระงานหรือไม่มัวร์และเพื่อนร่วมงานของเขาทำการคำนวณเพื่อตรวจสอบว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศ Gaia มีความไวที่จำเป็นในการตรวจจับ GWs ความถี่ต่ำมากหรือไม่
ด้วยเหตุนี้มัวร์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้จำลองคลื่นความโน้มถ่วงที่ผลิตโดยหลุมดำมวลมหาศาลที่เรียกว่า - เช่นสอง SMBHs ที่โคจรรอบกันและกัน สิ่งที่พวกเขาพบคือการบีบอัดชุดข้อมูลด้วยปัจจัยมากกว่า 106 (วัด 100,000 ดวงแทนที่จะเป็นพันล้านต่อครั้ง) สามารถกู้คืน GWs จากข้อมูล Gaia ด้วยการสูญเสียความไวเพียง 1%
วิธีนี้จะคล้ายกับวิธีที่ใช้ใน Pulsar Timing Arrays ซึ่งมีการตรวจสอบชุดของพัลซาร์มิลลิวินาทีเพื่อตรวจสอบว่าคลื่นความโน้มถ่วงเปลี่ยนความถี่ของพัลส์หรือไม่ อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ดวงดาวกำลังถูกตรวจสอบเพื่อดูว่าพวกมันสั่นด้วยรูปแบบลักษณะมากกว่าการเต้นหรือไม่ เมื่อมองไปที่สนามของ 100,000 ดวงในแต่ละครั้งนักวิจัยจะสามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นอย่างชัดเจน (ดูรูปด้านบน)
ด้วยเหตุนี้การเปิดเผยข้อมูล Gaia แบบเต็มรูปแบบ (มีกำหนดการสำหรับต้นปี 2563) จึงเป็นโอกาสที่สำคัญสำหรับการล่าสัตว์สำหรับสัญญาณ GW ดังที่มัวร์อธิบายใน ฟิสิกส์ APS ข่าวประชาสัมพันธ์:
“ Gaia จะทำให้การวัดผลนี้เป็นโอกาสที่สมจริงเป็นครั้งแรก มีหลายปัจจัยที่นำไปสู่ความเป็นไปได้ของวิธีการรวมถึงความแม่นยำและระยะเวลานานของการตรวจวัดทางดาราศาสตร์ Gaia จะสำรวจดาวฤกษ์ประมาณหนึ่งพันล้านดวงในช่วง 5-10 ปีโดยหาตำแหน่งแต่ละแห่งอย่างน้อย 80 ครั้งในช่วงเวลานั้น การสังเกตดาวจำนวนมากเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของ Gaia”
นอกจากนี้ยังน่าสนใจที่จะทราบว่าศักยภาพในการตรวจจับ GW เป็นสิ่งที่นักวิจัยจำได้เมื่อ Gaia ยังคงถูกออกแบบ หนึ่งในนั้นคือ Sergei A. Klioner นักวิจัยจากหอสังเกตการณ์ลอร์มันน์และผู้นำกลุ่ม Gaia ที่มหาวิทยาลัย TU Dresden ตามที่เขาระบุไว้ในการศึกษา 2017 ของเขา“ astrometry ที่เหมือน Gaia และคลื่นความโน้มถ่วง” Gaia สามารถตรวจจับ GWs ที่เกิดจากการรวม SMBHs หลายปีหลังจากเหตุการณ์:
“ เป็นที่แน่ชัดว่าแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่น่าจับตาที่สุดสำหรับการตรวจสอบทางดาราศาสตร์คือหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซี…เชื่อว่าหลุมดำมวลมหาศาลแบบคู่นั้นเป็นผลิตภัณฑ์ที่พบได้ทั่วไปในการปฏิสัมพันธ์และการรวมกันของกาแลคซี วิวัฒนาการของพวกเขา วัตถุประเภทนี้สามารถให้คลื่นความโน้มถ่วงที่มีทั้งความถี่และแอมปลิจูดที่อยู่ในระยะเอื้อมถึง astrometry ของอวกาศ ยิ่งไปกว่านั้นคลื่นความโน้มถ่วงจากวัตถุเหล่านั้นมักถูกพิจารณาว่ามีความถี่และแอมพลิจูดค่อนข้างคงที่ตลอดระยะเวลาการสังเกตการณ์เป็นเวลาหลายปี”
แต่แน่นอนว่าไม่มีการรับประกันว่าการกลั่นกรองข้อมูล Gaia จะเปิดเผยสัญญาณ GW เพิ่มเติม สำหรับสิ่งหนึ่งที่มัวร์และเพื่อนร่วมงานของเขารับทราบว่าคลื่นที่ความถี่ต่ำพิเศษเหล่านี้อาจอ่อนแอเกินกว่าที่ Gaia จะตรวจจับได้ นอกจากนี้นักวิจัยจะต้องสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่าง GW และสัญญาณที่ขัดแย้งกันซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงทิศทางของยานอวกาศ - ซึ่งไม่ใช่ความท้าทายที่ง่าย!
ยังมีความหวังว่าภารกิจอย่าง Gaia จะสามารถเปิดเผย GWs ที่ไม่สามารถมองเห็นได้ง่ายสำหรับเครื่องตรวจจับอินเตอร์เฟอโรเมตริกแบบอิงพื้นดินเช่น LIGO และ Advanced Virgo เครื่องตรวจจับดังกล่าวขึ้นอยู่กับผลกระทบของบรรยากาศ (เช่นการหักเห) ซึ่งป้องกันไม่ให้เห็นคลื่นความถี่ต่ำมาก - ตัวอย่างเช่นคลื่นแรกเกิดที่เกิดขึ้นในช่วงยุคเงินเฟ้อของบิกแบง
ในแง่นี้การวิจัยคลื่นความโน้มถ่วงไม่ได้แตกต่างจากการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบและสาขาดาราศาสตร์อื่น ๆ ในการค้นหาอัญมณีที่ซ่อนอยู่หอสังเกตการณ์อาจต้องใช้พื้นที่เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนในชั้นบรรยากาศและเพิ่มความไวของพวกมัน จึงเป็นไปได้ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ๆ จะได้รับการดัดแปลงสำหรับการวิจัย GW และเครื่องตรวจจับ GW รุ่นต่อไปจะติดตั้งบนยานอวกาศ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้ทำการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรกไปจนถึงการพัฒนาวิธีการใหม่และการตรวจจับที่ดีขึ้น ในอัตรานี้จะไม่นานนักก่อนที่นักดาราศาสตร์และนักดาราศาสตร์จะสามารถรวมคลื่นความโน้มถ่วงไว้ในแบบจำลองทางดาราศาสตร์ของเรา กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาจะสามารถแสดงให้เห็นว่าคลื่นเหล่านี้มีอิทธิพลต่อประวัติศาสตร์และวิวัฒนาการของจักรวาลอย่างไร
