İki büyük nesnenin birbiri etrafında dönerek oluşturduğu çift yıldız kütleçekimsel dalga astronomisinin önemli bir örneğidir. Sistem döndükçe kütleçekimsel ışımayı emer, bu enerji ve momentumu dışarı taşır ve bu da yörüngenin küçülmesine sebep olur.[1][2] Yukarıda eLISA gibi uzay detektörleri için önemli bir kaynak olan çift beyaz cüce yıldız sistemi gösterilmiştir. Beyaz cücelerden muhtemel birleştirici, üçüncü panelde temsil edilmiş süpernovaya sebep olabilir
Kütleçekimsel dalgaların görelilik teorisine dayalı sağlam teorik temeli vardır. İlk defa 1916'da Einstein tarafından öngörülmüştür; genel göreliliğin özel bir sonucu olmasına rağmen, özel göreliliğe uyan kütleçekiminin bütün teorilerinin genel özelliğidir.[3] Kütleçekimsel dalgaların varlığına dair ilk dolaylı gözlemsel kanıtlar 1974'te Hulse-Taylor çift pulsarı ölçümlerinde bulundu ve kütleçekimsel dalgalardan tam beklenildiği yörüngede hareket etmişlerdir.[4]Richard Hulse ve Joseph Taylor 1993'te bu keşiften dolayı Nobel Fzik ödülüne layık görüldüler.[5] Sonrasında, kütleçekimsel dalga tahminlerine uyan birçok çift pulsar gözlemlendi.[6] Bu gözlemler kütleçekimsel dalga yayılımının etkisini göstermiştir ama kütse çekimsel dalgaların kendisini ölçmemize izin vermemişlerdir.
Büyük patlamadan 10−36 saniye sonra evrenin hızla genişlemesi hipotezi olan Kozmik enflasyon kütleçekimsel dalgalara sebep olur; polarizasyonda ve kozmik mikrodalga arka plan ışımasında karakteristik izler bırakır.[7][8]Mikrodalga ışımasındaki modellerin ölçümlerinden ilkel kütleçekimsel dalgaların özelliklerini hesaplamak mümkündür ve erken evren hakkında bilgi edinilebilir. Yine de kütleçekimsel dalgalar doğrudan tespit edilemez, ama var oldukları diğer astronomik tekniklerle anlaşılabilir.
Astronomi karakteristik olarak elektromanyetik radyasyona dayanmaktadır. Astronomi görünür-ışık astronomisiyle ve çıplak gözle görülebilenlerle başlamıştır. Teknoloji geliştikçe elektromanyetik tayfınradyo ve gama gibi diğer parçaları da gözlemlenmeye elverişli hale geldi.[11] 20. yüzyılın sonlarında, nötrino astronomisi alanında güneşsel nötrino bulunmasıyla, eski bir görünmez fenomen olan Güneş'in içsel işleyişi konusunu aydınlattı.[12][13] Kütleçekimsel dalgaların bulunması astrofiziksel gözlem yapmak için yeni araçlar yapılmasını sağlayacak.
Kütleçekimsel dalga detektörlerinden ayrılma gürültü eğrileri frekans fonksiyonlarıdır. Çok düşük frekanslardaki pulsar zamanlama dizileri, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi (EPTA) gelecek Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi(IPTA); düşük frekanslarda uzay detektörleri, önceden önerilen Lazer Girişimölçer Uzay Anteni (LISA) ve güncel olarak önerilen gelişmiş Lazer Girişimölçer Uzay Anteni (eLISA) ve yüksek frekanslarda yer tabanlı detektörler, başta Kütle Çekimsel Dalga Lazer Girişimölçeri Rasathanesi (LIGO) vee geliştirilmiş hali (aLIGO). Potansiyel astrofiziksel kaynakların karakteristik izleri gösterilmiştir. Karakteristik iz sinyallerinin fark edilebilmesi için gürülte eğrisinin üzerinde olması gerekir.[14]
Kütleçekimsel dalgalar, diğer araçlar tarafından kullanılan tamamlayıcı bilgiler sağlar. Tek bir olayın farklı araçlarla yapılan gözlemlerini birleştirerek, kaynağın özelliklerini tam olarak anlayabiliriz. Bu çoklu haberci astronomisi olarak bilinir. Kütleçekimsel dalgalar diğer araçlarla gözlemlenemeyen (ya da fark edilmesi neredeyse imkânsız) sistemleri de gözlemlemek için kullanılabilir örneğin, kara delikleri özelliklerini ölçmede eşsiz bir yöntem sağlamaktalar.
Kütleçekimsel dalgalar birçok sistem tarafından yayılır, lakin algılanabilir sinyal yaratması için kaynak son derece büyük kütleye sahip olmalı ve neredeyse ışık hızında hareket etmeli. Ana kaynak çift sıkışık yıldızlardır. Diğer örnek sistemler:
Birbiri etrafında dönen iki yakın yıldızsal kütleye sahip sıkışık çift nesneleri, örneğin beyaz cüceler, nötron yıldızları, kara delikler. Daha geniş çiftler daha düşük yörüngesel frekansta hareket ederler ve LISA gibi detektörlere kaynak oluştururlar.[15][16] Yakın çiftler LIGO gibi yer tabanlı detektörler için sinyal üretirler.[17] Yer tabanlı detektörler orta seviye kütleli kara delik ya da birkaç yüz güneş kütlesine sahibi barındıran çiftleri fark edebilir.[18][19]
Çok büyük kütleli kara delik çiftleri, 105–109güneş kütlesine sahip iki kara delik içerir. Çok büyük kütleli kara delikler galaksilerin merkezlerinde bulunur. Galaksiler birleşince, merkezi çok kütleli kara delikler de birleşebilir.[20] Bunlar muhtemelen en gürültülü kütleçekimsel dalga sinyalleridir. En büyük kütleli çiftler PTAs kaynaklarıdır.[21] En az kütleli (milyon güneş kütleli) kara delikler uzay detektörleri olan LISA benzeri detektörlere kaynak ouşturur.[22]
Yıldız kütleli sıkışmış nesnenin büyük kütle oranlı sistemleri büyük kütleli kara delik etrafında yörüngelenir. Bunlar LISA gibi detektörlere kaynaklık yaparlar.[22] Yüksek eksantrikliği sahip yörüngeler en yakın noktadan geçerken kütleçekimsel radyasyon patlaması üretirler;[23] sarmallarının sonlarına yönelmeleri beklenilen, yakın çembersel yörüngeleri olan sistemler, sürekli olarak LISA'nın frekans bandında yayılırlar.[24] Büyük kütle oranlı sarmallar birçok yörünge üzerinde gözlemlenebilir. Bu onları genel görelilik hassasiyetini test etmeye imkân verdiği için, uzayzaman geometrisi arka planı için mükemmel bir inceleme fırsatı halene getirir.
Kozmik sicim var olsa, o da kütleçekimsel radyasyon yayar.[30] Bu tip kütleçekimsel dalgaların keşfi kozmik sicimin varlığını ispatlar.
Daha hiç kütleçekimsel dalga bulunamamış olması, daha başka kaynaklar da olabileceğini düşündürür.
Kütleçekimsel dalgalar madde ile sadece zayıf etkileşim kurarlar. Bu sebepten dolayın onları fark etmesi zordur. Yani evren boyunca serbest dolaşabilirler ve elektromanyetik radyasyon gibi dağılmazlar ya da absorbe edilmezler. Yine bu sebepten süpernova ya da galaksi merkezi gibi yoğun bir sistemin merkezinden bile görünürler. Elektromanyetik radyasyonun aksine zamanda geçmiştekileri de görünebilirler, çünkü erken Evren yeniden birleşme evresindeyken opaktı ama kütleçekimsel dalgalara karşı saydamdı.
Kütleçekimsel dalgaların evren boyunca serbest dolaşma yeteneğinden dolayı kütleçekimsel dalga detektörleriteleskopların aksine tek bir görüş alanını değil bütün gökyüzünü gözlemlerler. Detektörler bazı yönlerde diğerlerine göre daha hassastır ve bu da detektör ağına sahip olmanın en faydalı tarafıdır.[31]
Gelişim
LIGO Hanford Kontrol Odası
2015'ten itibaren, kütleçekimsle dalgalar sadece dolaylı olarak saptandı ve kütleçekimsel dalga astronomisi gözlemsel sonuç eksikliği yaşıyor.Yine de, kütleçekimsel dalga astronomisini ayakta tutmak için birçok kütleçekimsel dalga detektörü üretiliyor. Yeni bir araştırma alanı olarak - hala gelişmekte -,yine de 21. yüzyılın çoklu-mesaj astronomisinin kurulmuş bir bileşen olacağına dair astrofizik camiasında fikir birliği oluşmuş bile.[kaynak belirt]
Kütleçekimsel dalga saptamak, elektromanyetik tayf gözlemlerini tamamlayacağını vadediyor.[32][33] Bu dalgalar ayrıca elektromanyetik dalgaları gözlemleyerek elde edemeyeceğimiz verimli bilgileri sunacağını vadediyor. Elektromanyetik dalgalar absorbe edilip tekrar saçılabilirler ve bu da kaynak zorluğu hakkında fikir yürütmeyi zorlaştırıyor. Kütleçekimsel dalgalar maddeyle sadece zayıf etkileşim kurarlar, yani saçılmazlar ve emilmezler. Bu astronomların süpernova merkezlerini, bulutsuları ve hatta çarpışan galaktik çekirdekleri yeni yollardan görmelerini sağlayabilir.
Yer tabanlı detektörlerden sarmal faz, yıldız kaynaklı kara delikler çiftinin birleşmesi, bir kara delik ve nötron yıldızı barındıran çiftler (gama-ışın patlamasında aday mekanizma) hakkında yeni bilgiler sunması beklenmektedir. Ayrıca merkezi çökmüş süpernovalardan ve küçük bozulmaları olan pulsarlar gibi periyodik kaynaklardan sinyal yakalayabilirler. Eğer hal değişiminin belli çeşitlerinde veya çok erken evrende (kozmik zamanda 10−25 'nci saniyede) uzun kozmik sicimden patlama dolaşımı hakkındaki kurgular doğruysa bunlarda yakalanabilir.[34] LISA gibi uzay merkezli detektörler iki beyaz cüce barındıran çiftleri ve AM CVn yıldızını(çift eşinden madde çekerek büyüyen beyaz cüce , düşük kütleli helyum yıldızı) fark etmesi ve de dev kara deliklerin birleşmesini ve küçük nesnelerin (bir ve bin arası güneş kütleliler) sarmallarının kara deliklere çekilmesini gözlemlemesi gerekir. LISA aynı zamanda yer tabanlı detektörler gibi erken evrenden gelen aynı kaynakları da dinleyebilir, lakin çok düşük frekansta ve çok yükseltilmiş hassaslıkla.[35]
Yayılan kütleçekimsle dalgaları belirlemeye çalışmak çok zor bir uğraştır. Bunun için üstün sabitlikte yüksek kalite lazerlere ve en az 2·10−22 Hz-1/2 arası hassaslığa ayarlı, GEO-600 gibiyer tabanlı detektörler gerekir.[36] Ayrıca süpernova patlamaları gibi büyük astronomik olaylardan sonra bile, bu dalgaların titreşimleri atomik çap kadar küçülebilir.[37] Yer tabanlı ve uzay merkezli tespit sistemlerinin yüksek hassasiyeti bu güvenilmez dalgaları yakalamalı.
