Kütleçekimsel dalga arka planı

Kütleçekimsel dalga arka planı, (gravitational wave background, GWB veya stokastik arka plan) pulsar timing arrays gibi kütleçekimsel dalga deneyleri ile tespit edilebilen ve evrene yayılan rastgele kütleçekimsel dalgaların arka planıdır. Sinyal, tıpkı erken dönem evrendeki stokastik süreç gibi doğası gere rastgele olabilir veya süperkütleli karadelik ikilileri gibi çok sayıda zayıf, bağımsız, çözümlenmemiş kütleçekimsel dalga kaynağının tutarsız bir üst üste binmesiyle üretilebilir.

Kütleçekim dalgası arka planını tespit etmek, varsayımsal antik süper kütleli kara delik ikilileri ve varsayımsal ilksel enflasyon ve kozmik sicimler gibi erken dönem evren süreçleri gibi astrofiziksel kaynak popülasyonu hakkında başka hiçbir yolla erişilemeyen bilgiler sağlayabilir.

 Stokastik arka planın kaynakları 
Arka plan için çeşitli ilgi çekici frekans bantlarında çeşitli potansiyel kaynaklar varsayılır ve her kaynak farklı istatistiksel özelliklere sahip bir arka plan üretir. Stokastik arka planın kaynakları kabaca iki kategoriye ayrılabilir: kozmolojik kaynaklar ve astrofiziksel kaynaklar.

 Kozmolojik kaynaklar 
Kozmolojik arka planlar birçok erken dönem evren kaynaklarından ortaya çıkabilir. Bu ilksel kaynakların bazı örnekleri arasında şunlar vardır: erken dönem evrendeki zamanla değişen şişkin skaler alanlar, şişmiş parçacıklardan düzenli maddeye enerji transferini içeren şişme sonrası "ön ısıtma" mekanizmaları, erken dönem evrendeki kozmolojik faz geçişleri (elektrozayıf faz geçişi gibi), kozmik sicimler vb. Bu kaynaklar daha varsayımsal olsa da, bunlardan ilkel bir kütleçekimsel dalga arka planının saptanması, yeni fiziğin büyük bir keşfi olacak ve erken dönem evren kozmolojisi ve yüksek enerji fiziği üzerinde derin bir etkiye sahip olacaktır.

 Astrofiziksel kaynaklar 
Bir astrofiziksel arka plan, zayıf, bağımsız ve çözülmemiş astrofiziksel kaynakların toplamından meydana gelir. Örneğin, yıldız kütleli ikili kara delik birleşmelerinden elde edilen astrofiziksel arka planın, mevcut nesil yer tabanlı yerçekimi dalgası dedektörleri için stokastik arka planın önemli bir kaynağı olması bekleniyor.LIGO ve Virgo dedetkörleri, kara delik birleşmeleri gibi olaylardan bireysel kütleçekimsel dalgalar tespit etmiştir. Bununla birlikte, tek tek çözülemeyen bu tür birleşmelerin büyük bir popülasyonu olacaktır ve bu da dedektörlerde rastgele görünen bir gürültüye neden olacaktır. Tek tek çözülemeyen diğer astrofiziksel kaynaklar da bir arka plan oluşturabilir. Örneğin, evriminin son aşamasında yeterince büyük bir yıldız çökerek ya bir kara delik ya da bir nötron yıldızı oluşturacaktır; patlayıcı bir süpernova olayının son anlarındaki hızlı çöküş, bu tür oluşumlara, kütleçekim dalgalarına yol açabilir. teorik olarak serbest bırakılabilir. Ayrıca, hızla dönen nötron yıldızlarında, kütleçekim dalgalarının emisyonundan kaynaklanan bir dizi dengesizlik vardır.

Ayrıca kaynağın doğası, sinyalin hassas frekans grubuna göre değişkenlik gösterir. LIGO ve Virgo gibi mevcut nesil yer temelli deneyler, yaklaşık 10 Hz ila 1000 Hz arasındaki ses frekans bandındaki kütleçekimsel dalgalara duyarlıdır. Bu grupta stokastik arka planın en muhtemel kaynağı, ikili nötron-yıldız ve yıldız kütleli ikili kara delik birleşmelerinden kaynaklanan astrofiziksel bir arka plan olacaktır.

Alternatif bir gözlem yöntemi, pulsar zamanlama dizilerini (pulsar timing array) kullanmaktır. Üç konsorsiyum - European Pulsar Timing Array (EPTA), the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), and the Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) - Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi (International Pulsar Timing Array) olarak koordine edilmektedir. Nanohertz ila 100 nanohertz aralığında düşük frekanslara sahip kütleçekimsel dalgalara duyarlı galaktik ölçekte bir dedektör oluşturan milisaniyelik pulsarların galaktik dizisini izlemek için radyo teleskopları kullanıyorlar. Mevcut teleskoplarla bir sinyali tespit etmek için uzun yıllar süren gözlemler gerekir ve dedektör hassasiyeti giderek artar. Astrofizik kaynaklar için beklenen hassasiyet sınırları yaklaşıyor.

105–109  güneş kütlesi aralığındaki süper kütleli kara delikler, galaksilerin merkezlerinde bulunmaktadır. Süper kütleli kara deliklerin veya galaksilerin arasından hangisinin önce geldiği veya nasıl evrimleştiği bilinmemektedir. Galaksiler birleştiğinde, merkezlerindeki süperkütleli kara deliklerin de birleşmesi umulmaktadır. Bu süper kütleli ikili dosyalar, potansiyel olarak en yüksek düşük frekanslı yerçekimsel dalga sinyallerini üretir; bunların en büyükleri, prensipte PTA'lar tarafından tespit edilebilen, nanohertz yerçekimsel dalga arka planının potansiyel kaynaklarıdır.

 Tespit 
küçükresim|NANOGrav (2023) tarafından gözlemlenen pulsarlar ile pulsarlar arasındaki açısal ayrım arasındaki korelasyon grafiği, teorik Hellings-Downs modeliyle (kesikli mor) ve yerçekimsel dalga arka planının olmaması durumunda (düz yeşil) karşılaştırıldığında
11 Şubat 2016'da LIGO ve Virgo işbirlikleri, Eylül 2015'te yerçekimi dalgalarının ilk doğrudan tespitini ve gözlemini duyurdu.Bu durumda, iki kara delik tespit edilebilir kütleçekimsel dalga meydana getirmek için çarpışmıştır. Bu, kütleçekimsel dalga arka planının olası tespitinin ilk adımıdır.

28 Haziran 2023'te, , bir dizi milisaniyelik pulsardan elde edilen gözlem verilerini kullanan bir kütleçekimsel dalga arka planına dair kanıtları duyurdu. EPTA, Parkes Gözlemevi ve Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) (CPTA) yapılan gözlemler de aynı gün yayınlandı ve farklı teleskoplar ve analiz yöntemleri kullanılarak kütleçekimsel dalga arka planına ilişkin kanıtların çapraz doğrulanması sağlandı.

Bu gözlemler, teorik Hellings-Downs eğrisinin, yani iki pulsar arasındaki dört kutuplu korelasyonun, gökyüzündeki açısal ayrılığının bir fonksiyonu olarak ilk ölçümünü sağladı; bu, gözlemlenen arka planın yerçekimsel dalga kökeninin açık bir işaretidir. Süper kütleli kara delik ikilileri önde gelen adaylar olmasına rağmen, bu kütleçekimsel dalga arka planının kaynakları daha fazla gözlem ve analiz yapılmadan tanımlanamaz.

 Ayrıca bakınız 

 Kozmik arka plan ışınımı
 Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı
 Kozmik nötrino arka planı
 Kütleçekimsel dalga astronomisi

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 

 Gravitational Wave Experiments and Early Universe Cosmology

Kategori:Kozmik mikrodalga arka plan ışıması
Kategori:Kütleçekimsel dalgalar
Kategori:Kütleçekimi etkileri