Pada bulan Februari 2016, saintis yang bekerja untuk Observatorium Gelombang Interferometer Laser (LIGO) membuat pengesanan gelombang graviti yang pertama. Sejak masa itu, banyak pengesanan telah dilakukan, terima kasih banyak untuk penambahbaikan instrumen dan tahap kolaborasi yang lebih tinggi antara pemerhati. Ke depan, kemungkinan misi yang tidak dirancang untuk tujuan ini juga dapat "cahaya bulan" sebagai pengesan gelombang graviti.
Sebagai contoh, kapal angkasa Gaia - yang sedang sibuk membuat peta 3D yang paling terperinci dari Bima Sakti - juga dapat berperan penting dalam penyelidikan gelombang graviti. Itulah yang dituntut oleh pasukan astronomi dari University of Cambridge baru-baru ini. Menurut kajian mereka, satelit Gaia mempunyai kepekaan yang diperlukan untuk mengkaji gelombang graviti frekuensi ultra rendah yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam supermasif.
Kajian yang berjudul "Kaedah Pencarian Astrometrik untuk Sumber Gelombang Graviti yang Dapat Dipecahkan Secara Individu dengan Gaia", baru-baru ini muncul di Huruf Kajian Fizikal. Diketuai oleh Christopher J. Moore, seorang ahli fizik teori dari Pusat Sains Matematik di University of Cambridge, pasukan itu merangkumi anggota dari Cambridge's Institute of Astronomy, Cavendish Laboratory, dan Kavli Institute for Cosmology.
Untuk merakam, gelombang graviti (GW) adalah riak dalam ruang-waktu yang diciptakan oleh peristiwa ganas, seperti penggabungan lubang hitam, perlanggaran antara bintang-bintang neutron, dan bahkan Big Bang. Mula-mula diramalkan oleh Teori Relativiti Umum Einstein, observatorium seperti LIGO dan Advanced Virgo mengesan gelombang ini dengan mengukur cara ruang-waktu melenturkan dan memerah sebagai tindak balas terhadap GW yang melalui Bumi.
Namun, melewati GW juga akan menyebabkan Bumi berayun di lokasinya berkenaan dengan bintang. Akibatnya, teleskop ruang angkasa yang mengorbit (seperti Gaia), dapat memanfaatkannya dengan mencatat peralihan sementara pada kedudukan bintang-bintang yang jauh. Dilancarkan pada tahun 2013, balai cerap Gaia telah menghabiskan beberapa tahun kebelakangan ini untuk melakukan pemerhatian ketepatan tinggi mengenai kedudukan bintang di Galaxy kita (aka astrometri).
Dalam hal ini, Gaia akan mencari anjakan kecil di medan bintang besar yang dipantau untuk menentukan apakah gelombang gravitasi telah melewati kawasan bumi. Untuk menyiasat sama ada Gaia melakukan tugas itu, Moore dan rakan-rakannya melakukan pengiraan untuk menentukan apakah teleskop ruang angkasa Gaia mempunyai kepekaan yang diperlukan untuk mengesan GW frekuensi ultra rendah.
Untuk tujuan ini, Moore dan rakan-rakannya mensimulasikan gelombang graviti yang dihasilkan oleh lubang hitam supermasif binari - iaitu dua SMBH yang mengorbit satu sama lain. Apa yang mereka dapati ialah dengan memampatkan set data dengan faktor lebih daripada 106 (berukuran 100,000 bintang dan bukannya satu bilion pada satu masa), GW dapat dipulihkan dari data Gaia dengan kehilangan sensitiviti hanya 1%.
Kaedah ini akan serupa dengan yang digunakan dalam Pulsar Timing Arrays, di mana satu set pulsar milidetik diperiksa untuk menentukan apakah gelombang gravitasi mengubah frekuensi denyut nadi mereka. Namun, dalam hal ini, bintang dipantau untuk melihat apakah bintang berayun dengan corak ciri, dan bukannya berdenyut. Dengan melihat medan 100.000 bintang pada satu masa, para penyelidik dapat mengesan pergerakan yang ditunjukkan (lihat gambar di atas).
Oleh kerana itu, pelepasan penuh data Gaia (dijadualkan pada awal tahun 2020an) mungkin menjadi peluang utama bagi mereka yang memburu isyarat GW. Seperti yang dijelaskan oleh Moore dalam a Fizik APS siaran akhbar:
"Gaia akan menjadikan pengukuran kesan ini sebagai prospek yang realistik untuk pertama kalinya. Banyak faktor menyumbang kepada kemungkinan pendekatan, termasuk ketepatan dan jangka panjang pengukuran astrometrik. Gaia akan memerhatikan kira-kira satu bilion bintang selama 5-10 tahun, yang masing-masing menemukan sekurang-kurangnya 80 kali dalam tempoh tersebut. Memerhatikan begitu banyak bintang adalah kemajuan utama yang diberikan oleh Gaia. "
Juga menarik untuk diperhatikan bahawa potensi pengesanan GW adalah sesuatu yang diakui oleh penyelidik ketika Gaia masih dirancang. Salah satu individu tersebut ialah Sergei A. Klioner, seorang penyelidik dari Balai Cerap Lorhrmann dan ketua kumpulan Gaia di TU Dresden. Seperti yang ditunjukkannya dalam kajiannya pada tahun 2017, "astrometri dan gelombang gravitasi seperti Gaia", Gaia dapat mengesan GW yang disebabkan oleh penggabungan SMBH tahun setelah peristiwa itu:
"Jelas bahawa sumber gelombang graviti yang paling menjanjikan untuk pengesanan astrometrik adalah lubang hitam binari supermasif di pusat galaksi ... Dipercayai bahawa lubang hitam supermasif binari adalah produk interaksi dan penggabungan galaksi yang agak biasa dalam perjalanan khas evolusi mereka. Objek semacam ini dapat memberikan gelombang graviti dengan frekuensi dan amplitud yang berpotensi dalam jangkauan astrometri angkasa. Lebih-lebih lagi, gelombang gravitasi dari objek-objek tersebut sering dapat dianggap mempunyai frekuensi dan amplitud yang hampir berterusan sepanjang keseluruhan masa pengamatan selama beberapa tahun. "
Tetapi tentu saja, tidak ada jaminan bahawa menyaring data Gaia akan menunjukkan isyarat GW tambahan. Untuk satu perkara, Moore dan rakan-rakannya mengakui bahawa gelombang pada frekuensi ultra rendah ini mungkin terlalu lemah bahkan untuk dikesan oleh Gaia. Sebagai tambahan, penyelidik harus dapat membezakan antara GW dan isyarat bertentangan yang disebabkan oleh perubahan dalam orientasi kapal angkasa - yang bukan merupakan cabaran yang mudah!
Masih ada harapan bahawa misi seperti Gaia akan dapat mendedahkan GW yang tidak mudah dilihat oleh pengesan interferometrik darat seperti LIGO dan Advanced Virgo. Pengesan seperti itu dikenakan kesan atmosfera (seperti pembiasan) yang menghalangnya daripada melihat gelombang frekuensi yang sangat rendah - misalnya, gelombang primordial yang dihasilkan semasa era inflasi Big Bang.
Dalam pengertian ini, penyelidikan gelombang graviti tidak seperti penyelidikan eksoplanet dan banyak cabang astronomi yang lain. Untuk mencari permata yang tersembunyi, observatorium mungkin perlu pergi ke angkasa untuk menghilangkan gangguan atmosfera dan meningkatkan kepekaannya. Ada kemungkinan bahawa teleskop ruang angkasa lain akan diperbaiki untuk penyelidikan GW, dan pengesan GW generasi akan datang dipasang di kapal angkasa.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, para saintis telah melakukan pengesanan gelombang graviti pertama untuk mengembangkan cara baru dan lebih baik untuk mengesannya. Pada kadar ini, tidak lama lagi para astronom dan ahli kosmologi dapat memasukkan gelombang graviti ke dalam model kosmologi kami. Dengan kata lain, mereka akan dapat menunjukkan pengaruh gelombang ini dalam sejarah dan evolusi Alam Semesta.
