Kütle çekimsel dalga astronomisi

Kütle çekimsel dalga astronomisi, gözlemsel astronominin, nötron yıldızları ve kara delikler gibi nesneler ve süpernova ve büyük patlamadan hemen sonraki evrenin işleyişi hakkında gözlemsel veri toplamak için kütle çekimsel dalgayı (Einstein tarafından genel görelilikte tahmin edilen uzayzamanın dakika sapmaları) kullanan, yeni geliştirilen bir dalıdır.
Kütle çekimsel 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 kütle çekiminin bütün teorilerinin genel özelliğidir. Kütle çekimsel dalgaların varlığına dair ilk dolaylı gözlemsel kanıtlar 1974'te Hulse-Taylor çift pulsarı ölçümlerinde bulundu ve kütle çekimsel dalgalardan tam beklenildiği yörüngede hareket etmişlerdir. Richard Hulse ve Joseph Taylor 1993'te bu keşiften dolayı Nobel Fzik ödülüne layık görüldüler. Sonrasında,kütle çekimsel dalga tahminlerine uyan birçok çift pulsar gözlemlendi. Bu gözlemler kütle çekimsel 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 kütle çekimsel dalgalara sebep olur; polarizasyonda ve kozmik mikrodalga arka plan ışımasında karakteristik izler bırakır. Mikrodalga ışımasındaki modellerin ölçümlerinden ilkel kütle çekimsel dalgaların özelliklerini hesaplamak mümkündür, ve erken evren hakkında bilgi edinilebilir. Yine de kütle çekimsel dalgalar doğrudan tespit edilemez, ama var oldukları diğer astronomik tekniklerle anlaşılabilir.
Kütle çekimsel dalgaların doğrudan tespitini yapmayı uman birçok güncel bilimsel birlik vardır. Yer tabanlı detektörlerin dünya çapında ağları vardır ve bunlar aşağıdakiler dahil kilometrelerce lazer girişimölçerleridir: Kütle Çekimsel  Dalga Lazer Girişimölçeri Rasathanesi(LIGO), MIT, Caltech ve LIGO Bilimsel Birliği bilimadamları ve Livingston, Louisiana ve Hanford, Washington'daki detektörler ile ortak proje; Virgo, Avrupa Kütle Çekim Rasathanesi, Cascina, İtalya; GEO 600 Sarstedt, Almanya, ve Kamioka Kütle Çekimsel Dalga Detektörü (KAGRA),  Tokyo üniversitesi Kamioka Rasathanesi, Japonya. LIGO ve Virgo gelişmiş ayarlarla geliştirildi, Geliştirilmiş LIGO 2015'te gözlemlerine başladı ve Geliştirilmiş Virgo'nun da 2016'da başlayaması bekleniyor. Daha da gelişmiş olan KAGRA ise 2018'de tamamlamış olacak. GEO 600 güncel olarak hazır, lakin hassaslığından dolayı gözlem yapamaz durumda; ana görevi teknolojiyi denemek. 2020'nın sonuna kadar yer tabanlı detektörlerin ilk tespiti yapmaları umuluyor.
Tespit için kullanılan alternatif araç ise pulsar zamanlama dizileridir(PTAs). Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi (EPTA), Kuzey Amerika Nanohertz Kütle Çekimsel Dalga Rasathanesi (NANOGrav), ve Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi ile ortaklaşa çalışan Parkes Pulsar Zamanlama Dizisi (PPTA) olmak üzere üç konsorsiyum vardır. Bunlar mevcut radyo teleskoplarının kullanmaktaydı, lakin bu teleskoplar nanohertz düzeyindeki frekanslara duyarlı olduğundan için, bunca yıllık gözlemlerin sinyal tespit etmesi gerekiyordu ve detektör hassaslığı gitgide gelişti. Şu anki sınırlar astrofiziksel kaynakların beklentilerine yaklaşmaktadır.
İleriki gelecekte,uzay tabanlı detektörler olması mümkündür. Avrupa Uzay Ajansı kütle çekimsel dalga görevini L3 görevi olarak 2034'te başlayacağını belirledi ve güncel anlayış gelişmiş Lazer Girişimölçer Uzay Antenidir (eLISA). Ayrıca Japon Deci-hertz Kütle Çekimsel  Dalga Lazer Girişimölçeri Rasathanesi de gelişmektedir(DECIGO).

Gelişim

2015'ten itibaren,kütle çekimsle dalgalar sadece dolaylı olarak saptandı ve kütle çekimsel dalga astronomisi gözlemsel sonuç eksikliği yaşıyor.Yine de, kütle çekimsel dalga astronomisini ayakta tutmak için birçok kütle çekimsel 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.
Kütle çekimsel dalga saptamak, elektromanyetik tayf gözlemlerini tamamlayacağını vadediyor. 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. Kütle çekimsel 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. 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.
Yayılan kütle çekimsle 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. Ayrıca süpernova patlamaları gibi büyük astronomik olaylardan sonra bile, bu dalgaların titreşimleri atomik çap kadar küçülebilir. Yer tabanlı ve uzay merkezli tespit sistemlerinin yüksek hassasiyeti bu güvenilmez dalgaları yakalamalı.