2016年2月に、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）で働いている科学者たちは、重力波を初めて検出しました。それ以来、複数の検出が行われました。その主な理由は、機器の改善と観測所間のコラボレーションのレベルの向上によるものです。今後、この目的のために設計されていないミッションが、重力波検出器として「月明かり」になる可能性もあります。
たとえば、銀河の最も詳細な3Dマップの作成で忙しいガイア宇宙船は、重力波の研究に関しても役立つ可能性があります。それがケンブリッジ大学の天文学者のチームが最近主張したことです。彼らの研究によると、ガイア衛星は、超大質量ブラックホール合体によって生成される超低周波重力波を研究するために必要な感度を持っています。
この研究は、「ガイアを用いた個別に解像可能な重力波源のための天体測定法」と題され、最近発表されました。 物理的レビューレター。ケンブリッジ大学数理科学センターの理論物理学者であるクリストファーJ.ムーアが率いるチームには、ケンブリッジの天文学研究所、キャベンディッシュ研究所、カブリ宇宙研究所のメンバーが含まれていました。
要約すると、重力波（GW）は、ブラックホールの合体、中性子星間の衝突、さらにはビッグバンなどの激しいイベントによって作成される時空の波紋です。もともとはアインシュタインの一般相対性理論によって予測されていましたが、LIGOやAdvanced Virgoなどの天文台は、地球を通過するGWに応じて時空がたわんだりしぼんだりする方法を測定することで、これらの波を検出します。
ただし、GWを通過すると、地球は星に対してその場所で振動します。その結果、（Gaiaのような）軌道を回る宇宙望遠鏡は、遠くの星の位置の一時的なシフトに気づくことによってこれを拾うことができるでしょう。 2013年に打ち上げられたガイア天文台は、過去数年間、私たちの銀河内の星の位置の高精度観測（別名：天文測定）を行ってきました。
この点で、ガイアは、重力波が地球の近傍を通過したかどうかを判断するために監視している大規模な星のフィールドの小さな変位を探します。ガイアが任務を遂行していたかどうかを調査するために、ムーアと彼の同僚は、ガイア宇宙望遠鏡が超低周波GWを検出するために必要な感度を備えているかどうかを判断するための計算を実行しました。
この目的のために、ムーアと彼の同僚は、2つの超大質量ブラックホール（つまり、2つのSMBHが互いに周回している）によって生成される重力波をシミュレートしました。彼らが見つけたのは、データセットを10倍以上に圧縮することで6 （一度に10億個ではなく10万個の星を測定）、GWは感度のわずか1％の損失でGaiaデータから回復できました。
この方法は、パルサータイミングアレイで使用される方法と似ています。ミリ秒のパルサーのセットを調べて、重力波がパルスの周波数を変更するかどうかを判断します。ただし、この場合、星は、脈打っているのではなく、特徴的なパターンで振動しているかどうかを確認するために監視されています。一度に10万個の星のフィールドを見ることで、研究者は誘発された見かけの動きを検出することができます（上の図を参照）。
このため、ガイアデータの完全なリリース（2020年代初頭に予定されています）は、GW信号を探す人にとって大きな機会になるでしょう。ムーアが説明したように APS物理学 プレスリリース：
「ガイアはこの効果を測定することを初めて現実的な見通しにするでしょう。天文測定の精度や長時間など、多くの要因がこのアプローチの実現可能性に貢献しています。 Gaiaは5〜10年間で約10億個の星を観測し、その期間中にそれぞれの星を少なくとも80回検出します。非常に多くの星を観測することは、Gaiaが提供する大きな進歩です。」
GW検出の可能性は、Gaiaがまだ設計されていたときに研究者が認識したものであったことに注意することも興味深いです。そのような個人の1人は、ロールマン天文台の研究者であり、ドレスデン工科大学のガイアグループのリーダーであるセルゲイA.クリオニアでした。彼が2017年の研究「ガイアのような天文学と重力波」で示したように、ガイアは、イベント後の数年にSMBHの併合によって引き起こされるGWを検出することができました。
「天体検出のための最も有望な重力波の発生源は、銀河の中心にある超大質量のバイナリブラックホールであることは明らかです...彼らの進化。この種のオブジェクトは、潜在的に宇宙天文学の手の届く範囲内に、周波数と振幅の両方を持つ重力波を与える可能性があります。さらに、それらの物体からの重力波は、数年間の観測期間全体を通して、周波数と振幅が実質的に一定であると見なされることがよくあります。」
ただし、もちろん、Gaiaデータをふるいにかけて追加のGW信号が明らかになるという保証はありません。一つには、ムーアと彼の同僚は、これらの超低周波数の波はガイアでさえ検出するには弱すぎる可能性があることを認めています。さらに、研究者はGWと、宇宙船の向きの変化に起因する競合する信号を区別できる必要があります。これは簡単な挑戦ではありません！
それでも、ガイアのようなミッションで、LIGOやAdvanced Virgoのような地上の干渉検出器からは簡単に見えないGWを明らかにできることが期待されます。このような検出器は、大気の影響（屈折など）の影響を受け、極端に低い周波数の波（たとえば、ビッグバンのインフレ時代に生成された原始波）を検出できなくなります。
この意味で、重力波の研究は、太陽系外惑星の研究や天文学の他の多くの分野と異なりません。隠された宝石を見つけるために、天文台は、大気への干渉を排除し、それらの感度を高めるために、宇宙へ行く必要があるかもしれません。その場合、他の宇宙望遠鏡がGW研究用に改造され、次世代GW検出器が宇宙船に搭載される可能性があります。
過去数年で、科学者は重力波の最初の検出を行うことから、それらを検出するための新しいより良い方法を開発することに行ってきました。この速度では、天文学者や宇宙学者が重力波を宇宙論モデルに含めることができるようになるのに時間がかかりません。言い換えれば、彼らはこれらの波が宇宙の歴史と進化において果たした影響を示すことができるでしょう。
