Гравитационно-волновая астрономия призвана революционизировать наше понимание космоса. Всего за несколько лет она значительно расширила наше понимание черных дыр, но это все еще научная область в стадии становления. Это означает, что все еще существуют серьезные ограничения на то, что мы можем наблюдать.
В настоящее время все гравитационные обсерватории базируются на Земле. Это облегчает сборку и обслуживание детекторов, но также означает, что обсерватории страдают от фонового шума. Такие обсерватории, как LIGO и Virgo, работают, измеряя сдвиг расстояния между зеркалами, когда гравитационная волна проходит через обсерваторию. Этот сдвиг крайне мал. Для зеркал, расположенных на расстоянии 4 км друг от друга, сдвиг составляет всего лишь долю ширины протона. Вибрация грузовика, едущего по соседней дороге, сдвинет зеркала гораздо сильнее. Поэтому LIGO и Virgo используют статистику и модели слияний черных дыр, чтобы отличить истинный сигнал от ложного.
Из-за земного фонового шума современные обсерватории фокусируются на высокочастотных гравитационных волнах (10-1000 Гц), генерируемых слияниями черных дыр. Обсуждался вопрос о создании космической гравитационно-волновой обсерватории, такой как LISA, которая будет наблюдать низкочастотные гравитационные волны, такие как те, которые генерируются ранней космической инфляцией. Но многие гравитационные волны находятся в промежуточном диапазоне. Чтобы обнаружить их, недавнее исследование предлагает построить гравитационно-волновую обсерваторию на Луне.
Луна давно стала желанным местом для астрономов. Оптические телескопы на Луне не будут страдать от атмосферного размытия, и в отличие от космических телескопов, таких как Хаббл и Уэбб, они не будут ограничены размером вашей ракеты-носителя. Большинство предложенных идей были очень гипотетическими, но по мере того, как мы смотрим на возвращение человека на Луну в следующем десятилетии, они становятся все менее гипотетическими. Уже сейчас НАСА изучает строительство радиотелескопа на дальней поверхности Луны. Построить лунную гравитационно-волновую обсерваторию было бы значительно сложнее, но не невозможно.
В этом недавнем исследовании предлагается Гравитационно-волновая лунная обсерватория для космологии (GLOC). Вместо того, чтобы беспокоиться о том, как будет построена такая обсерватория, исследование вместо этого фокусируется на чувствительности и наблюдательных пределах такой обсерватории. Как и следовало ожидать, лунная обсерватория не будет страдать от фоновых вибраций, которые беспокоят земные обсерватории. В результате она может иметь базовый уровень в четыре раза больше, чем LIGO. Это дало бы ему диапазон частот гравитационных волн, равный одной десятой Герца. Это позволило бы ему наблюдать все, от двоичных слияний звездных масс до черных дыр промежуточной массы.
Но он также мог бы наблюдать тот же тип слияния, что и ЛИГО и Дева, на гораздо больших расстояниях. Расстояния настолько велики, что гравитационные волны стали очень красными. Если ГЛОК будет построен, он сможет использовать отдаленные события слияния для измерения скорости космической экспансии в течение миллиардов лет. Это было бы, возможно, его величайшей силой, потому что это позволило бы нам измерить параметр Хаббла на протяжении большей части космической истории. В конце концов мы узнаем, является ли космическое расширение частью структуры пространства-времени или же оно изменяется во времени и пространстве.
Конечно, предложение ГЛОК на данном этапе является чисто гипотетическим. Пройдут по меньшей мере десятилетия, прежде чем мы сможем построить такую обсерваторию. Но это исследование показывает, что создание такого телескопа стоило бы затраченных усилий.
