Astronomie s gravitačními vlnami je nastavena na revoluci v našem chápání vesmíru. Během pouhých několika let výrazně zlepšil naše chápání černých děr, ale stále je to vědecký obor v mládí. To znamená, že stále existují vážná omezení toho, co lze pozorovat.
V současné době jsou všechny gravitační observatoře založeny na Zemi. To usnadňuje stavbu a údržbu detektorů, ale také to znamená, že observatoře jsou sužovány hlukem v pozadí. Observatoře jako LIGO a Virgo pracují tak, že měří posun vzdálenosti mezi zrcadly, když observatoří prochází gravitační vlna. Tento posun je extrémně malý. U zrcadel umístěných 4 kilometry od sebe je posun pouhým zlomkem šířky protonu. Vibrace kamionu jedoucího po nedaleké silnici posunou zrcátka mnohem více. LIGO a Virgo tedy používají statistiky a modely sloučení černých děr, aby odlišily pravý signál od falešného.
Teoretický rozsah pozorování pro GLOC. Kredit: Jani, et al
Kvůli pozemskému šumu na pozadí se současné observatoře zaměřují na vysokofrekvenční gravitační vlny (10 – 1000 Hz) generované slučováním černých děr. Diskutovalo se o vybudování vesmírné observatoře gravitačních vln, jako je LISA, která by pozorovala nízkofrekvenční gravitační vlny, jako např. ty generované ranou kosmickou inflací. Ale mnoho gravitačních vln je ve středním rozsahu. K jejich odhalení nedávná studie navrhuje vybudovat na Měsíci observatoř gravitačních vln.
Měsíc byl dlouho vyhledávaným místem astronomů. Optické teleskopy na Měsíci by netrpěly atmosférickým rozmazáním a na rozdíl od vesmírných dalekohledů, jako je Hubble a Webb, by nebyly omezeny velikostí vaší startovací rakety. Většina navrhovaných myšlenek byla velmi hypotetická, ale jak se díváme na návrat člověka na Měsíc v příštím desetiletí, jsou stále méně. NASA již studuje konstrukci a radioteleskop na vzdáleném měsíčním povrchu. Postavit měsíční observatoř gravitačních vln by bylo podstatně náročnější, ale ne nemožné.
Tato nedávná studie navrhuje gravitační vlnovou lunární observatoř pro kosmologii (GLOC). Spíše než se starat o to, jak by taková observatoř byla postavena, se studie místo toho zaměřuje na citlivost a pozorovací limity takové observatoře. Jak byste mohli očekávat, měsíční observatoř by netrpěla vibracemi na pozadí, které trápí pozemské observatoře. V důsledku toho by mohlo mít základní linii čtyřikrát delší než LIGO. To by mu dalo dosah na frekvencích gravitačních vln tak nízkých, jako je desetina Hertzu. To by mu umožnilo pozorovat vše od binárních fúzí hvězdné hmotnosti až po ty středně hmotné černé díry.
Ale byl by také schopen pozorovat stejný typ sloučení jako LIGO a Virgo na mnohem větší vzdálenosti. Vzdálenosti tak daleko, že se gravitační vlny velmi posunuly do červena. Pokud by byla zkonstruována, GLOC by byla schopna použít vzdálené události sloučení k měření rychlosti kosmické expanze v průběhu miliard let. To by byla možná jeho největší síla, protože by nám to umožnilo měřit Hubbleův parametr napříč velkou částí kosmické historie. Konečně bychom se dozvěděli, zda je kosmická expanze součástí struktury časoprostoru, nebo zda se mění v čase a prostoru.
Samozřejmě, návrh GLOC je v tomto bodě čistě hypotetický. Než se nám podaří takovou observatoř postavit, uplynou minimálně desítky let. Tato studie ale ukazuje, že vybudování takového dalekohledu by stálo za námahu.
Odkaz:Jani, Karan a Abraham Loeb. “ Gravitační vlnová lunární observatoř pro kosmologii .'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics2021.06 (2021): 044.
