Поиск пропавшего гравитационного сигнала

Большинство волн остаются «неразличимыми», накладываются друг на друга и складываются вместе, создавая плоский рассеянный фоновый сигнал, который ученые называют «стохастическим фоном гравитационных волн» (SGWB).

Новое исследование SISSA, опубликованное в The Astrophysical Journal, предлагает использовать созвездие из трех или четырех космических интерферометров для картирования плоского и почти идеально однородного фона при поиске ряби. Эти небольшие флуктуации, известные ученым как анизотропии, содержат информацию, необходимую для понимания распределения источников гравитационных волн в самом большом космологическом масштабе.

Исследователи убеждены, что детекторы следующего поколения, такие как телескоп Эйнштейна и космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), сделают возможным прямое измерение фона гравитационных волн в обозримом будущем.

«Но измерение этих фоновых флуктуаций, более правильно известных как анизотропия, по-прежнему будет чрезвычайно сложным, поскольку их идентификация требует очень высокого уровня углового разрешения, которым не обладают геодезические инструменты текущего и следующего поколения», — объясняет Джулия Капурри, доктор наук SISSA и первый автор исследования.

Капурри под руководством Карло Баччигалупи и Андреа Лапи предположила, что эту проблему можно решить с помощью «созвездия» из трех или четырех космических интерферометров на солнечной орбите, покрывающих расстояние, приблизительно равное расстоянию между Землей и Солнцем. С увеличением разделения интерферометры достигают лучшего углового разрешения, улучшая их способность различать источники гравитационных волн.

«Созвездие космических интерферометров, вращающихся вокруг Солнца, могло бы позволить нам увидеть тонкие флуктуации в сигнале гравитационного фона, что позволило бы извлечь ценную информацию о распределении черных дыр, нейтронных звезд и всех других источников гравитационных волн во Вселенной», говорит Капурри.

После успешного испытания космической миссии проекта LISA в настоящее время есть два предложения по созданию космических созвездий интерферометров: одно европейское - Обсерватория Большого взрыва (BBO) и одно японское - Децигерцовая интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (DECIGO).

«Это одна из первых работ по предоставлению конкретных предсказаний размера стохастического фона гравитационных волн с помощью созвездия инструментов, вращающихся вокруг Солнца. Вместе с другими аналогичными проектами, подробности которых будут опубликованы в свое время, они будут иметь решающее значение для разработка оптимальной конструкции будущих инструментов наблюдения, которые, как мы надеемся, будут построены и введены в эксплуатацию в ближайшие десятилетия», — заключает Карло Баччигалупи, профессор теоретической космологии в SISSA.

В эпоху многоканальной астрономии, которая началась с наземных интерферометров, таких как LIGO и Virgo, фон гравитационных волн может проложить путь к новому пониманию Вселенной в больших масштабах, как это уже произошло с космическим микроволновым фоном.