Щороку сотні тисяч пар чорних дір зливаються в космічному танці, який випромінює гравітаційні хвилі в усіх напрямках. З 2015 року великі наземні інтерферометри LIGO, Virgo і KAGRA зробили можливим виявлення цих сигналів, хоча спостерігалося лише близько сотні таких подій, тобто нескінченно малу частку від загальної кількості. Більшість хвиль залишаються «нерозрізненими», накладаються та додаються разом, створюючи плоский, розсіяний фоновий сигнал, який вчені називають «стохастичним фоном гравітаційної хвилі» (SGWB).
Нове дослідження SISSA, опубліковане в The Astrophysical Journal, пропонує використовувати групу з трьох або чотирьох космічних інтерферометрів для картографування плоского та майже ідеально однорідного фону в пошуках брижів. Ці невеликі флуктуації, відомі вченим як анізотропії, містять інформацію, необхідну для розуміння розподілу джерел гравітаційних хвиль у найбільшому космологічному масштабі.
Дослідники переконані, що детектори наступного покоління, такі як телескоп Ейнштейна та космічна антена лазерного інтерферометра (LISA), зроблять прямі вимірювання фону гравітаційних хвиль можливими в осяжному майбутньому.
«Виміряти ці фонові флуктуації, відомі точніше як анізотропії, буде, однак, надзвичайно складно, оскільки для їх ідентифікації потрібен дуже високий рівень кутової роздільної здатності, яким не володіють геодезичні інструменти поточного та наступного поколінь», — пояснює Джулія Капуррі, доктор SISSA. Д. студент і перший автор дослідження.
Капуррі, під керівництвом Карло Баччігалупі та Андреа Лапі, припустив, що цю проблему можна подолати за допомогою «сузір’я» з трьох або чотирьох космічних інтерферометрів на сонячній орбіті, що покриває відстань, наближену до відстані між Землею та Сонцем. Зі збільшенням відстані інтерферометри досягають кращої кутової роздільної здатності, покращуючи свою здатність розрізняти джерела гравітаційних хвиль.
«Сузір’я космічних інтерферометрів, що обертаються навколо Сонця, може дозволити нам побачити тонкі флуктуації в сигналі гравітаційного фону, таким чином дозволяючи нам отримати цінну інформацію про розподіл чорних дір, нейтронних зірок і всіх інших джерел гравітаційних хвиль у Всесвіті», каже Капуррі.
Після успішного випробування космічної місії проєкту LISA наразі існує дві пропозиції щодо створення космічних угруповань інтерферометрів: одна європейська — Обсерваторія Великого вибуху (BBO) і одна японська — Обсерваторія гравітаційних хвиль інтерферометра децигерців. (ДЕЦИГО).
«Це одна з найбільш ранніх робіт, яка забезпечує конкретні передбачення розміру стохастичного фону гравітаційних хвиль за допомогою сузір’я інструментів, що обертаються навколо Сонця. Разом із подальшими подібними проєктами, деталі яких будуть опубліковані в належний час, вони матимуть вирішальне значення для розробки оптимального дизайну для майбутніх спостережних інструментів, які, як ми сподіваємося, будуть створені та введені в експлуатацію в найближчі десятиліття», – підсумовує Карло Баччігалупі, професор теоретичної космології в SISSA.
В епоху мультимесенджерної астрономії, яка почалася з наземних інтерферометрів, таких як LIGO і Virgo, фон гравітаційних хвиль міг прокласти шлях до нового розуміння Всесвіту у великих масштабах, як це вже сталося з космічним мікрохвильовим фоном. .