2016 년 2 월, 레이저 간섭계 중력파 천문대 (LIGO)에서 일하는 과학자들은 중력파를 최초로 감지했습니다. 그 이후로 계측기의 개선과 관측소 간의 더 높은 수준의 협업 덕분에 다수 감지가 이루어졌습니다. 이 목적을 위해 설계되지 않은 임무는 중력파 탐지기로“달빛”이 될 수도 있습니다.
예를 들어, 은하수의 가장 상세한 3D 맵을 생성하는 데 사용되는 Gaia 우주선은 중력파 연구에 있어서도 도움이 될 수 있습니다. 그것이 캠브리지 대학 (University of Cambridge)의 천문학 자 팀이 최근에 주장한 것입니다. 그들의 연구에 따르면, 가이아 위성은 초 거대 블랙홀 합병에 의해 생성 된 초 저주파 중력파를 연구하는데 필요한 감도를 가지고있다.
"가이아와 함께 개별적으로 분해 가능한 중력파 소스에 대한 천체 검색 방법"이라는 제목의 연구는 최근에 실제 검토 서한. 케임브리지 대학교 수학 과학 센터의 물리학 자 크리스토퍼 J. 무어 (Christopher J. Moore)가 이끄는이 팀에는 케임브리지 천문학 연구소, 카벤디쉬 연구소, 카 블리 우주 연구소가 포함되었다.
요약하자면 중력파 (GW)는 블랙홀 합병, 중성자 별 충돌, 심지어 빅뱅과 같은 폭력적인 사건으로 인해 생성 된 시공간의 잔물결입니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 원래 예측 된 LIGO 및 Advanced Virgo와 같은 관측소는 지구를 통과하는 GW에 대한 시공간 굴곡 및 압착 방식을 측정하여 이러한 파도를 감지합니다.
그러나 GW를 통과하면 지구가 별과 관련하여 그 위치에서 진동하게됩니다. 결과적으로, 가이아 (Gaia)와 같은 궤도 우주 망원경은 먼 별들의 위치에서 일시적인 변화를 주목함으로써 이것을 포착 할 수있을 것이다. 2013 년에 시작된 Gaia 천문대는 지난 몇 년 동안 우리 은하 (별칭 : 천체 측정법)에서 별의 위치를 정밀하게 관찰하는 데 시간을 보냈습니다.
이와 관련하여 Gaia는 중력파가 지구 근처를 통과했는지 여부를 확인하기 위해 모니터링하고있는 거대한 별에서 작은 변위를 찾습니다. 가이아가 임무를 수행했는지 여부를 조사하기 위해 무어와 그의 동료들은 가이아 우주 망원경이 초 저주파 GW를 탐지하는 데 필요한 감도를 가지고 있는지 확인하기 위해 계산을 수행했습니다.
이를 위해 무어와 그의 동료들은 이진 초 거대 블랙홀 (즉, 서로 공전하는 2 개의 SMBH)에 의해 생성 된 중력파를 시뮬레이션했다. 그들이 찾은 것은 데이터 세트를 10 배 이상 압축함으로써6 (한 번에 10 억 대신 10 만 개의 별 측정) GW는 Gaia 데이터에서 1 %의 감도 손실로 복구 할 수 있습니다.
이 방법은 Pulsar Timing Arrays에서 사용되는 방법과 유사합니다. 여기서 밀리 초 펄서 세트를 검사하여 중력파가 펄스의 주파수를 수정하는지 확인합니다. 그러나이 경우 별이 맥동이 아닌 특성 패턴으로 진동하는지 확인하기 위해 별을 모니터링하고 있습니다. 한 번에 10 만개의 별을 관찰함으로써 연구자들은 유도 된 겉보기 동작을 감지 할 수있을 것입니다 (위 그림 참조).
이로 인해 2020 년대 초 예정된 Gaia 데이터의 정식 출시는 GW 신호를 찾는 사람들에게 중요한 기회가 될 것입니다. 무어는 APS 물리 보도 자료:
“Gaia는이 효과를 처음으로 현실적인 전망으로 만들 것입니다. 천문학적 측정의 정확성과 긴 지속 시간을 포함하여 많은 요인들이 접근 방법의 실현에 기여합니다. Gaia는 5 ~ 10 년 동안 약 10 억 개의 별을 관찰하여 그 기간 동안 각각 80 개 이상의 별을 찾습니다. 너무 많은 별을 관찰하는 것이 Gaia의 주요 발전입니다.”
또한 GW 탐지의 가능성은 Gaia가 설계 될 때 연구원들이 인식 한 것입니다. 그 중 한 사람은 Lorhrmann Observatory의 연구원이자 TU Dresden의 Gaia 그룹의 리더 인 Sergei A. Klioner입니다. 2017 년 연구에서“Gaia-like astrometry and gravitational waves”에서 지적한 것처럼 Gaia는 행사 후 몇 년 동안 SMBH를 병합함으로써 야기 된 GW를 감지 할 수있었습니다.
“점성 학적 탐지를위한 가장 유망한 중력파의 근원은 은하 중심의 초 거대 이진 블랙홀이라는 것이 분명합니다… 그들의 진화. 이러한 종류의 물체는 우주 공간 천문학의 범위 내에서 주파수와 진폭이 모두 중력파를 줄 수 있습니다. 또한, 이러한 물체의 중력파는 수년 동안 전체 관측 기간 동안 사실상 일정한 주파수와 진폭을 갖는 것으로 간주 될 수 있습니다.”
물론 Gaia 데이터를 선별하면 추가적인 GW 신호가 나타날 것이라는 보장은 없습니다. 무어와 그의 동료들은 가이아조차도이 초 저주파의 파동이 너무 약할 수 있다는 것을 인정한다. 또한 연구원들은 우주선의 방향 변화로 인한 GW와 충돌 신호를 구별 할 수 있어야합니다. 이는 쉽지 않은 일입니다!
그러나 Gaia와 같은 임무에서 LIGO 및 Advanced Virgo와 같은 지상 기반 간섭계 탐지기에서는 쉽게 볼 수없는 GW를 공개 할 수 있기를 희망합니다. 이러한 탐지기는 굴절과 같은 대기 영향을 받아 극도로 낮은 주파수의 파동 (예 : 빅뱅의 팽창기 시대에 생성 된 원 시파)을 볼 수 없습니다.
이런 의미에서 중력파 연구는 외계 행성 연구와 다른 많은 천문학 분야와는 다릅니다. 숨겨진 보석을 찾기 위해 관측소는 대기 간섭을 제거하고 감도를 높이기 위해 우주로 가야 할 수도 있습니다. 그러면 다른 우주 망원경이 GW 연구를 위해 개편되고 차세대 GW 감지기가 우주선에 탑재 될 수 있습니다.
지난 몇 년간 과학자들은 중력파를 처음 감지하는 것에서 새롭고 더 나은 감지 방법을 개발하는 데까지 갔다. 이 시점에서 천문학 자와 우주 론자들이 우주 모델에 중력파를 포함시킬 수 있기까지는 그리 오래 걸리지 않을 것입니다. 다시 말해, 그들은이 파도가 우주의 역사와 진화에 어떤 영향을 미쳤는지 보여줄 수있을 것입니다.
