Planowana misja LISA ma „usłyszeć” stały szum fal grawitacyjnych dochodzący z Drogi Mlecznej, ale nowe opracowanie pokazuje, że w tym szumie ukrywa się jeszcze jeden ważny sygnał. Chodzi o obrót naszej galaktyki, który sprawia, że tło fal grawitacyjnych nie brzmi tak samo w każdym kierunku i może wpływać na wnioski z danych.
Droga Mleczna nie jest cicha, tylko lekko „brzęczy”.
W całej galaktyce znajdują się miliony par martwych gwiazd, głównie białych karłów, które krążą wokół siebie. Każda taka para wytwarza bardzo słabe fale grawitacyjne, czyli drobne zmarszczki czasoprzestrzeni. Pojedynczo są zbyt delikatne, by je łatwo wyłapać, ale razem tworzą niemal stałe tło, przypominające jednostajny szum.
LISA ma być urządzeniem, które ten szum zarejestruje.
LISA, czyli Laser Interferometer Space Antenna, to europejska misja kosmiczna planowana jako trzy statki kosmiczne lecące w ogromnym trójkącie. Ich zadaniem będzie mierzenie minimalnych zmian odległości wywołanych przechodzącymi falami grawitacyjnymi. Jak opisano w artykule Universe Today, właśnie „galaktyczny szum” od par białych karłów jest jednym z najbardziej pewnych sygnałów, na jakie LISA liczy.
Obrót galaktyki zmienia ten sygnał w zależności od kierunku.
Badacze zwracają uwagę na subtelny, ale istotny szczegół: to tło nie jest identyczne na całym niebie. Droga Mleczna jest „niesymetryczna” w tym sensie, że więcej gwiazd upakowanych jest bliżej centrum, a mniej na obrzeżach, więc i szum fal grawitacyjnych bywa silniejszy w jednych rejonach nieba niż w innych.
Do tego dochodzi obrót całej galaktyki. Gwiazdy krążą wokół jej centrum z prędkością rzędu 230 km/s, a to oznacza efekt Dopplera. Najprościej mówiąc, gdy źródła fal grawitacyjnych poruszają się w naszym kierunku, sygnał jest „ściśnięty”, a gdy się oddalają, „rozciągnięty”, podobnie jak zmienia się wysokość dźwięku przejeżdżającej syreny. Co ważne, wielkość tej zmiany zależy od tego, w którą stronę patrzymy, bo każda linia widzenia przecina inny fragment wirującej galaktyki.
Pominięcie obrotu może zafałszować wyniki.
Zespół wyprowadził dokładny opis tego „rotacyjnego dopplerowskiego” wzmocnienia i sprawdził, co się stanie, jeśli analizy danych LISA go nie uwzględnią. Wniosek jest prosty: można wtedy błędnie ocenić właściwości tła fal grawitacyjnych w skali porównywalnej z precyzją samego eksperymentu. To może przekładać się na przesunięte szacunki, ile takich układów podwójnych istnieje w Drodze Mlecznej i jak masywne są.
Dobra wiadomość jest taka, że poprawka nie wymaga dokładania „nowej niewiadomej”, a raczej dopracowania wzorca, którego analitycy i tak użyją. A w tle pojawia się dodatkowa obietnica: skoro w szumie zapisany jest ruch galaktyki, LISA mogłaby kiedyś mierzyć obrót Drogi Mlecznej niezależnie od obserwacji opartych o światło gwiazd, co może pomóc lepiej zrozumieć jej niewidoczną strukturę związaną z ciemną materią.
Ilustracja została przygotowana z użyciem AI na bazie oryginalnego zdjęcia w celu zachowania spójności wizualnej.
Pełna treść źródłowa: Universe Today
