Tło fali grawitacyjnej - Gravitational wave background
| Część serii na |
| Kosmologia fizyczna |
|---|
 |
Grawitacyjne Wave (również GWB i stochastyczny t ) jest losowo grawitacyjne fal sygnału wykrywalnych przez potencjalnie grawitacyjnych eksperymentów wykrywania fali. Ponieważ tło ma być statystycznie losowe , dotychczas badano je tylko pod kątem takich deskryptorów statystycznych jak średnia , wariancja itp.
Źródła stochastycznego tła
Przypuszcza się kilka potencjalnych źródeł tła w różnych interesujących pasmach częstotliwości, przy czym każde źródło wytwarza tło o różnych właściwościach statystycznych. Źródła tła stochastycznego można ogólnie podzielić na dwie kategorie: źródła kosmologiczne i źródła astrofizyczne.
Źródła kosmologiczne
Tła kosmologiczne mogą pochodzić z kilku źródeł we wczesnym wszechświecie. Niektóre przykłady tych źródeł obejmują zmienne w czasie pola skalarne (klasyczne) we wczesnym wszechświecie, mechanizmy „podgrzewania” po inflacji obejmujące transfer energii z cząstek inflatonu do zwykłej materii, przejścia fazowe we wczesnym wszechświecie (takie jak przejście fazowe elektrosłabe ), kosmiczne struny itp. Chociaż te źródła są bardziej hipotetyczne, wykrycie ich tła byłoby głównym odkryciem nowej fizyki. Wykrycie takiego inflacyjnego tła miałoby głęboki wpływ na kosmologię wczesnego wszechświata i fizykę wysokich energii .
Źródła astrofizyczne
Astrofizyczne tło powstałe w wyniku zamieszania wielu słabych, niezależnych i nierozwiązanych źródeł astrofizycznych. Na przykład oczekuje się, że astrofizyczne tło z połączeń podwójnych czarnych dziur o masie gwiazdowej będzie kluczowym źródłem stochastycznego tła dla obecnej generacji naziemnych detektorów fal grawitacyjnych. Detektory LIGO i Virgo wykryły już pojedyncze zdarzenia fal grawitacyjnych z takich połączeń czarnych dziur. Jednak istniałaby duża populacja takich połączeń, które nie byłyby indywidualnie rozwiązywane, co powodowałoby szum losowo wyglądającego szumu w detektorach. Inne źródła astrofizyczne, które nie są indywidualnie rozwiązywalne, mogą również stanowić tło. Na przykład wystarczająco masywna gwiazda w końcowej fazie ewolucji zapadnie się, tworząc albo czarną dziurę, albo gwiazdę neutronową – podczas szybkiego zapadania się w końcowych momentach wybuchowej supernowej , która może prowadzić do takich formacji, fal grawitacyjnych teoretycznie może zostać wyzwolona. Ponadto w szybko obracających się gwiazdach neutronowych istnieje cała klasa niestabilności wywołanych emisją fal grawitacyjnych.
Charakter źródła zależy również od wrażliwego pasma częstotliwości sygnału. Obecna generacja eksperymentów naziemnych, takich jak LIGO i Virgo, jest wrażliwa na fale grawitacyjne w paśmie częstotliwości audio od około 10 Hz do 1000 Hz. W tym paśmie najbardziej prawdopodobnym źródłem tła stochastycznego będzie tło astrofizyczne z podwójnych połączeń czarnych dziur w gwiazdach neutronowych i mas gwiazdowych.
Wykrycie
11 lutego 2016 r. współpraca LIGO i Virgo ogłosiła pierwszą bezpośrednią detekcję i obserwację fal grawitacyjnych, która miała miejsce we wrześniu 2015 r. W tym przypadku dwie czarne dziury zderzyły się, tworząc wykrywalne fale grawitacyjne. Jest to pierwszy krok do potencjalnego wykrycia GWB.