В търсене на липсващите гравитационни сигнали

Всяка година стотици хиляди двойки черни дупки се сливат в космически танц, който изкривява околното пространство-време и се разпространява чрез гравитационни вълни, излъчвани във всички посоки. От 2015 г. насам големите наземни интерферометри LIGO, Virgo и KAGRA засичат техните сигнали, въпреки че досега са наблюдавани и регистрирани само около сто събития от подобен род.

Повечето гравитационни вълни остават по същество неразличими: тъй като се припокриват и натрупват заедно; тяхната еволюция създава плосък, разсеян фонов сигнал, който учените наричат стохастичен гравитационно-вълнови фон.

В ново изследване на SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) – Международната школа за перспективни изследвания в Триест се предлага използването на масив от интерферометри в космоса за откриване на фините колебания на гравитационния фонов сигнал. Тези флуктуации биха могли да помогнат за разграничаване на гравитационните вълни от различните космически събития и да разкрият тайните на сливанията на черните дупки.

Измерване флуктуациите на гравитационния фон

Учените са убедени, че в близко бъдеще детекторите от следващо поколение, като телескопа „Айнщайн“ и лазерната интерферометрична космическа антена (LISA), ще направят възможно прякото измерване на стохастичния фон.

Въпреки това измерването на тези флуктуации или анизотропия все още ще бъде изключително трудно. Така например Джулия Капури, докторант в SISSA, обяснява:

„Идентифицирането им изисква много висока ъглова разделителна способност, каквато сегашните и бъдещите поколения инструменти за откриване не притежават“.

Именно поради факта, че сигналите са изключително слаби и за откриването им е необходим много чувствителен инструмент, мисията LISA на Европейската космическа агенция (ЕКА) е разработена с помощта на лазерната интерферометрия. Проектът включва съзвездие от три космически апарата, разположени в равностранен триъгълник със страни 2,5 милиона километра, които летят в хелиоцентрична орбита, подобна на земната. Разстоянието между сателитите прецизно се контролира, за да се открие преминаващата гравитационна вълна.

Досега предложенията за създаването на подобни космически интерферометри бяха две:

• Европейско – Обсерваторията на Големия взрив
• Японско – Интерферометричната гравитационно-вълнова обсерватория на Деси-Херц (DECIGO)

Сега към тях бе добавено предложението на SISSA

Масивът от интерферометри

Капури, под ръководството на Карло Бачигалупи и Андреа Лапи, предлага проблемът с откриването на стохастичния фон да бъде решен чрез съзвездие от три или четири космически интерферометъра в слънчева орбита, обхващащи разстояние, приблизително равно на разстоянието между Земята и Слънцето.

С увеличаване на разстоянието интерферометрите постигат по-добра ъглова разделителна способност, което подобрява способността им да различават източниците на гравитационни вълни. На практика ще бъде много по-лесно да се анализира тъканта на пространство-времето и да се откриват нейните вълни.

Анизотропиите съдържат информацията, необходима за разбиране разпределението на източниците на гравитационни вълни в големи космологични мащаби. Откриването, анализирането и картографирането им ще означава възможност за проследяване на най-екстремните събития във Вселената и ще проправи пътя към ново разбиране за нея в по-голям мащаб.