Detektory gravitačních vln nové generace by měly být schopny vidět prvotní vlny z Velkého třesku
Gravitační vlnová astronomie je stále v mládí. Z tohoto důvodu gravitační vlny, které můžeme pozorovat, pocházejí ze silných kataklyzmatických událostí. Černé díry, které se navzájem pohlcují v prudkém cvrlikání časoprostoru, nebo neutronové hvězdy srážející se v ohromné explozi. Brzy bychom mohli pozorovat gravitační vlny supernov nebo supermasivní černé díry, které se slučují ve vzdálenosti miliardy světelných let. Ale pod kakofonií je velmi odlišná gravitační vlna. Ale pokud je dokážeme odhalit, pomohou nám vyřešit jednu z nejhlubších kosmologických záhad.
Jsou známé jako prvotní gravitační vlny, a zatímco byly vytvořeny v srdci velkého třesku, jejich intenzita zeslábla do slabého hučení. Je to hodně podobné kosmickému mikrovlnnému pozadí, které lze vidět odkudkoli ve vesmíru, ale je prakticky neviditelné ve srovnání s energetickými zdroji světla, které vidíme každý den.
Mapa oblohy od BICEP2. Kredit: BICEP2 Collaboration
Protože jsou tyto gravitační vlny tak slabé, většina úsilí o jejich detekci se soustředila na jejich vliv na světlo. Podle standardního modelu kosmologie by prvotní gravitační vlny měly mírně zkroutit orientaci světla, když se pohybuje vesmírem. Světlo z kosmického mikrovlnného pozadí by tedy mělo mít a Polarizace v B-módu. Problém s tím jsou jiné věci, jako je prach, který může také vyvolat polarizaci v B-režimu v CMB. Je snadné tyto dva zaměnit, jak bylo vidět, když spolupráce BICEP2 tvrdila, že je odhalila museli své výsledky trochu vrátit zpět.
Zatímco detekce primordiálních vln přes CMB je stále možná, nyní, když jsme schopni detekovat gravitační vlny, bylo by hezké detekovat prvotní vlny přímo. Nová výzkumná skupina si myslí, že našla způsob, jak toho dosáhnout. Jejich výsledky byly zveřejněny vFyzické kontrolní dopisya ukazuje, jak bychom mohli vytáhnout jeho signál z obrovského šumu.
Existuje mnoho zdrojů gravitačních vln. Kredit: Christopher Moore, Robert Cole a Christopher Berry
Jejich proces je opakem toho, co se obvykle provádí při záznamu zvuku. Pokud máte na pozadí přetrvávající hučení, obvykle zaznamenáte okolní zvuk místnosti a poté jej odečtete z nahrávky. Aby bylo možné detekovat gravitační vlny, tým navrhuje odstranit hlasité signály, aby bylo možné slyšet slabé hučení. Vytvořili model průměrného celkového signálu z událostí, jako jsou supernovy a sloučení černých děr. Odečteme-li to od údajů o gravitačních vlnách, které jsme shromáždili, co by mělo zůstat, je shluk náhodného šumu. Většina tohoto šumu by byla způsobena náhodnými fluktuacemi samotného detektoru gravitačních vln. Ale nyní máme několik observatoří gravitačních vln a náhodný šum každé z nich je jiný. Tým tedy navrhuje porovnat údaje o hluku z více observatoří a odečíst veškerý hluk, který mezi nimi není běžný. Protože prvotní gravitační vlny by měly mít stejný signál ve všech observatořích, společný „šum“ by měl být prvotním signálem.
Tým ukázal, že to může fungovat v simulacích. Jediným problémem je, že současné observatoře jsou tak hlučné, že tuto metodu nelze použít. S příchodem nových, citlivějších observatoří do provozu by tato metoda mohla být použita k detekci prvotních gravitačních vln.
Pokud bude tato metoda úspěšná, byla by to pro astronomy obrovská výhoda. Právě nyní standardní kosmologický model předpokládá, že v raném vesmíru existovalo období rychlé inflace. Tento předpoklad řeší mnoho problémů v rané kosmologii, ale zůstává hypotetický. Ale pokud je inflační model správný, prvotní gravitační vlny by nesly jeho podpis. Jejich odhalení by buď potvrdilo naše podezření o velkém třesku, nebo by nás upozornilo na úžasné nové teorie.
Odkaz:Biscoveanu, Sylvia a kol. ' Měření prvotního pozadí gravitačních vln v přítomnosti astrofyzikálního popředí .'Fyzické kontrolní dopisy125,24 (2020): 241101.