Februarja 2016 so znanstveniki, ki delajo v laserskem interferometru Gravitacijsko-valovni observatorij (LIGO), prvič izvedli gravitacijske valove. Od takrat je bilo izvedenih več odkrivanj, kar je v veliki meri prispevalo tudi k izboljšavam instrumentov in večji ravni sodelovanja med opazovalnicami. Če pogledamo naprej, je mogoče, da misije, ki niso bile zasnovane za ta namen, lahko tudi "mesečina" kot gravitacijski detektor valov.
Na primer, vesoljsko plovilo Gaia - ki je zasedeno z ustvarjanjem najbolj podrobnega 3D-zemljevida Mlečna pot - bi bilo lahko tudi koristno, če gre za raziskave gravitacijskih valov. Tako je nedavno trdila ekipa astronomov z univerze v Cambridgeu. Glede na njihovo študijo ima satelit Gaia potrebno občutljivost za preučevanje ultra nizkofrekvenčnih gravitacijskih valov, ki nastanejo s supermasivnimi spajanji črnih lukenj.
Študija z naslovom "Astrometrična metoda iskanja za posamezno reševanje virov gravitacijskega vala z Gaia" se je nedavno pojavila v Pisma o fizičnem pregledu. Skupina pod vodstvom Christopherja J. Mooreja, teoretičnega fizika s Centra za matematične znanosti na Univerzi v Cambridgeu, je vključevala člane Cambridgeovega inštituta za astronomijo, Cavendish Laboratory in Kavli Inštituta za kozmologijo.
Če povzamemo, so gravitacijski valovi (GW) v vesolju in času, ki jih ustvarjajo nasilni dogodki, kot so spajanje črne luknje, trki med nevtronskimi zvezdami in celo Veliki prašek, v vesolju in času. Prvotno napovedovala Einsteinova teorija splošne relativnosti, opazovalnice, kot sta LIGO in Napredna Devica, zaznajo te valove z merjenjem načina, ko se prostor-čas upogne in stisne kot odgovor na GW, ki prehajajo zemljo.
Vendar pa bi prehodni GW-ji povzročili tudi nihanje Zemlje na svoji lokaciji glede na zvezde. Kot rezultat, bi se lahko orbitirani vesoljski teleskop (kot je Gaia) spoznal s tem, če bi opazil začasen premik položaja oddaljenih zvezd. Začetek leta 2013 je opazovalnica Gaia zadnja leta preživela natančno opazovanje položajev zvezd v naši Galaksiji (aka astrometrija).
V tem pogledu bi Gaia iskala majhne premike v masivnem polju zvezd, ki ga spremlja, da bi ugotovila, ali so gravitacijski valovi prešli skozi okolico Zemlje. Da bi preučil, ali se je Gaia lotil naloge, sta Moore in njegovi sodelavci opravili izračune, da bi ugotovili, ali ima vesoljski teleskop Gaia potrebno občutljivost za zaznavanje ultra nizkih frekvenc GW.
V ta namen sta Moore in njegovi sodelavci simulirali gravitacijske valove, ki jih je proizvedla binarna supermasivna črna luknja - to sta dve SMBH, ki krožita drug ob drugem. Ugotovili so, da so stisnili nabore podatkov za faktor več kot 106 (z merjenjem 100.000 zvezd namesto milijarde naenkrat), bi lahko GW našli podatke iz Gaia z le 1-odstotno izgubo občutljivosti.
Ta metoda bi bila podobna tisti, ki se uporablja v pulznih časovnih nizih, kjer se pregleduje niz milisekundnih pulzrov, da se ugotovi, ali gravitacijski valovi spreminjajo frekvenco svojih impulzov. Vendar v tem primeru zvezde spremljamo, da vidimo, ali nihajo z značilnim vzorcem, namesto da pulzirajo. Z ogledom polja s 100.000 zvezd naenkrat bi raziskovalci lahko zaznali inducirane navidezne gibe (glej zgornjo sliko).
Zaradi tega bo popolna objava podatkov Gaia (predvidena za začetek leta 2020) velika priložnost za tiste, ki lovijo signale GW. Kot je Moore pojasnil v a APS fizika izjava za javnost:
»Gaia bo merjenje tega učinka prvič postalo realistična. K izvedljivosti pristopa prispeva veliko dejavnikov, vključno z natančnostjo in dolgim trajanjem astrometričnih meritev. Gaia bo v 5–10 letih opazovala približno milijardo zvezd, v vsaki pa jih je vsaj 80-krat našla. Opazovanje toliko zvezd je glavni napredek, ki ga je zagotovila Gaia. "
Zanimivo je tudi, da je bil potencial za odkrivanje GW nekaj, kar so raziskovalci prepoznali, ko je bila Gaia še zasnovana. Eden takih posameznikov je bil Sergej A. Klioner, raziskovalec iz observatorija Lorhrmann in vodja skupine Gaia na TU Dresden. Kot je v svoji študiji iz leta 2017 navedel, "Gaia podobna astrometrija in gravitacijski valovi", je Gaia lahko zaznala GW, ki so nastale zaradi združitve SMBH v letih po dogodku:
"Jasno je, da so najbolj perspektivni viri gravitacijskih valov za astrometrično odkrivanje supermasivne binarne črne luknje v središčih galaksij ... Verjame se, da so binarne supermasivne črne luknje razmeroma pogost produkt interakcije in spajanja galaksij v značilnem poteku njihovo evolucijo. Ta vrsta predmetov lahko daje gravitacijske valove s frekvencami in amplitudami, ki so potencialno v dosegu vesoljske astrometrije. Poleg tega je mogoče gravitacijske valove iz teh predmetov pogosto šteti, da imajo skoraj konstantno frekvenco in amplitudo v celotnem obdobju več let opazovanja. "
Seveda pa ni zagotovil, da bo presejanje podatkov iz podatkov Gaia pokazalo dodatne GW signale. Moore in njegovi sodelavci na primer priznavajo, da bi bili valovi pri teh ultra nizkih frekvencah lahko prešibki, da bi jih Gaia sploh lahko zaznala. Poleg tega bodo morali raziskovalci razlikovati med GW in konfliktnimi signali, ki so posledica sprememb v usmerjenosti vesoljskega plovila - kar ni lahek izziv!
Kljub temu obstaja upanje, da bodo lahko misije, kot je Gaia, razkrile GW, ki jih zemeljski interferometrični detektorji, kot sta LIGO in Advanced Virgo, niso zlahka vidni. Takšni detektorji so podvrženi atmosferskim vplivom (kot je lom), ki jim preprečujejo, da bi videli valove izredno nizkih frekvenc - na primer primordialne valove, nastale med inflacijsko epoho Velikega poka.
V tem smislu raziskave gravitacijskega valovanja niso v nasprotju z raziskavami eksoplanetov in številnimi drugimi vejami astronomije. Da bi našli skrite dragulje, bo morda opazovalnice treba odpeljati v vesolje, da bi odpravili atmosferske motnje in povečali njihovo občutljivost. Takrat je možno, da bodo za raziskave GW odstranjeni drugi vesoljski teleskopi in da bodo na krovu vesoljskih plovil nameščeni detektorji GW naslednje generacije.
V zadnjih nekaj letih so znanstveniki prešli od prvega zaznavanja gravitacijskih valov do razvoja novih in boljših načinov zaznavanja. S to hitrostjo astronomi in kozmologi ne bodo mogli vključiti gravitacijskih valov v naše kozmološke modele. Z drugimi besedami, lahko bodo pokazali, kakšen vpliv so ti valovi igrali v zgodovini in evoluciji vesolja.
