У фебруару 2016. научници који раде за опсерваторију гравитационих таласа Ласер Интерферометар (ЛИГО) направили су прво откривање гравитационих таласа. Од тада су се десиле вишеструке детекције, највећим делом захваљујући побољшањима инструмената и већем нивоу сарадње између опсерваторија. Гледајући унапред, могуће је да мисије које нису дизајниране у ту сврху могу такође да „месечеве“ светлости као детектори гравитационог таласа.
На пример, свемирска летелица Гаиа - која је заузета креирањем нај детаљније 3Д мапе Млечног пута - такође би могла бити од користи када је у питању истраживање гравитационих таласа. То је недавно тврдио тим астронома са Универзитета у Кембриџу. Према њиховој студији, сателит Гаиа има потребну осетљивост за проучавање гравитационих таласа ултра-ниске фреквенције који настају супермасивим спајањем црних рупа.
Студија под називом „Метода астрометријске потраге за изворима гравитационог таласа који се могу индивидуално разрешити с Гаијом“ недавно се појавила у часопису Писма о физичком прегледу. Тим под водством Цхристопхера Ј. Мооре-а, теоријског физичара из Центра за математичке науке на Универзитету у Цамбридгеу, тим је обухватио чланове Цамбридгеовог института за астрономију, Цавендисх Лаборатори и Кавли института за козмологију.
Да би се рекапирали, гравитациони таласи (ГВ) су валови у простор-времену који настају насилним догађајима, попут спајања црне рупе, судара неутронских звезда, па чак и Великог праска. Првобитно предвиђена Еинстеиновом теоријом опште релативности, опсерваторије попут ЛИГО-а и напредне Девице откривају ове таласе мерећи начин на који се простор-време савија и стишава као одговор на ГВ-ове који пролазе кроз Земљу.
Међутим, пролазак ГВ-а такође би изазвао осцилацију Земље на свом месту у односу на звезде. Као резултат тога, свемирски телескоп у орбити (као што је Гаиа) могао би то да примети приметивши привремени помак у положају удаљених звезда. Покренута 2013. године, опсерваторија Гаиа провела је последњих неколико година вршећи високо прецизна опажања положаја звезда у нашој Галаксији (ака. Астрометри).
У том погледу, Гаиа би тражила мала померања у огромном пољу звезда које прати да би утврдила да ли су гравитациони таласи прошли кроз Земљино окружење. Да би истражили да ли је Гаиа испунио задатак или не, Мооре и његове колеге су извршили прорачуне како би утврдили има ли Гаиа свемирски телескоп потребну осетљивост за откривање ултра-ниских фреквенција ГВ-а.
У ту сврху, Мооре и његове колеге симулирали су гравитационе таласе произведене бинарном супермасивном црном рупом - тј. Два СМБХ која круже једно око другог. Открили су да су компресовањем скупова података добили фактор већи од 106 (мерено 100.000 звезда уместо милијарде у исто време), ГВ-ови би се могли опоравити из података Гаиа са само 1% губитка осетљивости.
Ова метода би била слична оној која се користи у Пулсар Тиминг Арраис-у, где се испитује скуп милисекунди пулсара како би се утврдило да ли гравитациони таласи мењају фреквенцију својих импулса. Међутим, у овом случају звезде се прате да ли да осцилирају карактеристичним узорком, уместо да пулсирају. Гледајући поље од 100.000 звезда у исто време, истраживачи би могли да открију индуковане привидне покрете (видети слику горе).
Због тога ће пуно објављивање података Гаиа (заказано за почетак 2020-их) бити велика прилика за оне који лове на ГВ сигнале. Као што је Мооре објаснио у а АПС Пхисицс Саопштење:
„Гаиа ће мерење овог ефекта први пут учинити реалном перспективом. Многи фактори доприносе изводљивости приступа, укључујући прецизност и дуго трајање астрометријских мерења. Гаиа ће посматрати око милијарду звезда током 5–10 година, лоцирајући сваку од њих најмање 80 пута у том периоду. Посматрање толико звезда је главни напредак који је Гаиа пружила. "
Занимљиво је такође напоменути да су потенцијал откривања ГВ-а били нешто што су истраживачи препознали још док је Гаиа још увек дизајнирана. Један такав појединац био је Сергеј А. Клионер, истраживач из Лорхрманнове опсерваторије и вођа групе Гаиа из ТУ Дресден. Као што је у својој студији за 2017. годину „Гаиа слична астрометрија и гравитациони таласи“ показао, Гаиа је могла открити ГВ настале спајањем СМБХ година након догађаја:
„Јасно је да су најперспективнији извори гравитационих таласа за астрометријско откривање супермасивне бинарне црне рупе у центрима галаксија ... Верује се да су бинарне супермасивне црне рупе релативно чест производ интеракције и спајања галаксија у типичном току њихова еволуција. Ова врста објеката може давати гравитационе таласе са фреквенцијама и амплитудама, потенцијално у домету свемирске астрометрије. Штавише, гравитациони таласи из тих објеката често се могу сматрати да имају практично константну фреквенцију и амплитуду током целог периода опажања од неколико година. "
Али, наравно, нема гаранција да ће просијавање података из Гаиа открити додатне ГВ сигнале. Као прво, Мооре и његове колеге признају да би таласи на овим ултра-ниским фреквенцијама могли бити сувише слаби да би их Гаиа могла открити. Поред тога, истраживачи ће морати да разликују ГВ и конфликтне сигнале који су резултат промена у оријентацији свемирске летјелице - што није лак изазов!
Ипак, постоји нада да ће мисије попут Гаиа успети да открију ГВ-ове који нису лако видљиви на земаљским интерферометријским детекторима попут ЛИГО-а и Адванцед Вирго-а. Такви детектори су подложни атмосферским ефектима (попут рефракције) који им спречавају да виде таласе изузетно ниске фреквенције - на пример, примордијалне таласе настале током инфлаторне епохе Великог праска.
У том смислу, гравитацијско истраживање таласа није за разлику од истраживања егзопланета и многих других грана астрономије. Да би пронашли скривене драгуље, опсерваторију ће можда требати одвести у свемир да би се уклониле атмосферске сметње и повећала њихова осетљивост. Могуће је да ће затим други свемирски телескопи бити поново уграђени за истраживање ГВ-а, као и да ће детективи ГВ-а нове генерације бити постављени на свемирском броду.
У протеклих неколико година, научници су прешли од прве детекције гравитационих таласа до развоја нових и бољих начина за њихово откривање. По овој брзини неће проћи много времена док астрономи и космолози буду у стању да укључе гравитационе таласе у наше космолошке моделе. Другим речима, они ће моћи да покажу колики су утицај ови таласи играли у историји и еволуцији Универзума.
