Gravitationsstøj interfererer med at bestemme koordinaterne for fjerne kilder

Vores galakses gravitationsfelt begrænser nøjagtigheden af ​​astrometriske observationer af fjerne objekter. Dette er mest tydeligt for objekter, der er skjult bag de centrale områder af galaksen og det galaktiske plan, hvor afvigelsen kan være op til flere dusin mikrobuesekunder. Og endnu vigtigere, virkningen af ​​denne gravitationelle "støj" kan ikke fjernes. Det betyder, at ud over et vist punkt, det vil ikke længere være muligt at forbedre nøjagtigheden af ​​at bestemme positionen af ​​referenceobjekter, der bruges til at definere koordinaterne for alle andre kilder.

Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

Det er almindeligt kendt, at Jorden og solsystemet er indlejret i Mælkevejen, hvorigennem vi ser ud til universet. Det viser sig, denne kendsgerning er ingen ringe sag i astrofysiske studier.

Hvor stærk en effekt kan vores galakses gravitationsfelt og dens uensartethed have på nøjagtigheden af ​​at bestemme koordinaterne for fjerne ekstragalaktiske objekter? En gruppe russiske astrofysikere fra Astro Space Center (ASC) i P.N. Lebedev fysiske institut, RAS' rumforskningsinstitut, MIPT, og Max-Planck-Institut fuer Astrophysik (Tyskland) forsøgte at finde et svar på dette spørgsmål.

Korrekte bevægelser, vinkelstørrelser, og trigonometriske parallakser (synlige forskydninger) af himmellegemer, inklusive stjerner, er de grundlæggende parametre for at løse mange astrofysiske problemer. Disse parametre bestemmes af astrometriske teknikker. For at beregne stjernens position eller radiale hastighed, for eksempel, der er behov for et koordinatsystem, som kan bruges til at måle dem op imod. Alle de koordinatsystemer, der i øjeblikket er i brug, herunder International Celestial Reference Frame (ICRF), er baseret på koordinaterne for flere hundrede "definerende" ekstragalaktiske kilder. Kvasarer og fjerne galakser er ideelle referencepunkter til at bestemme den himmelske referenceramme, da deres vinkelbevægelse er meget lille - omkring en hundrededel af et millibuesekund (sammenlignet med månens diameter, for eksempel, hvilket er lidt mere end 31 bueminutter).

Astrofysisk instrumentering udvikler sig hurtigt, og det forventes, at nøjagtigheden af ​​radiointerferometriske observationer snart vil nå 1 mikrobuesekund, og nøjagtigheden af ​​optiske observationer 10 mikrobuesekunder om året. Imidlertid, med dette niveau af nøjagtighed, der kommer en ny udfordring – den generelle relativitetsteori, og især afbøjningen af ​​en lysstråle, når den bevæger sig i et gravitationsfelt, forstyrre observationerne.

Når en lysstråle fra en fjern kilde passerer tæt på en genstand, den afbøjes lidt af sidstnævntes tyngdekraft. Denne afvigelse er typisk meget lille, men hvis strålen støder på flere af disse genstande på sin vej, afvigelsen kan være væsentlig. Ud over, mens objekterne bevæger sig, stråleafbøjningsvinklen ændres med tiden, og kildekoordinaterne begynder at "ryste" omkring deres sande værdi. Det er vigtigt at bemærke, at koordinat "jitter"-effekten gælder for alle fjerne kilder, herunder dem, der bruges som referencepunkter for forskellige koordinatsystemer.

"I forsøget på at forbedre nøjagtigheden af ​​implementeringen af ​​koordinatreferencesystemet, vi når en begrænsning, som ikke kan omgås ved at forbedre nøjagtigheden af ​​detekteringsinstrumenterne. Faktisk, der er gravitationsstøj, hvilket gør det umuligt at øge nøjagtigheden af ​​at implementere et koordinatsystem over et vist niveau, " siger Alexander Lutovinov, en professor i RAS, Laboratoriechefen for Rumforskningsinstituttet i RAS, og en underviser ved MIPT.

Forskerne forsøgte at vurdere, hvor stor en effekt gravitationsstøj kan have på observationer. Beregningerne var baseret på moderne modeller af den galaktiske stoffordeling. De todimensionelle "kort" over hele himlen blev bygget for hver model, der viser standardafvigelsen af ​​vinkelforskydningerne i positioner af fjerne kilder i forhold til deres sande positioner.

"Vores beregninger viser, at over en rimelig observationstid på omkring ti år, værdien af ​​standardafvigelsen af ​​skift i kildernes positioner vil være omkring tre mikrobuesekunder ved høje galaktiske breddegrader, stiger til flere dusin mikrobuesekunder mod det galaktiske centrum, " siger Tatiana Larchenkova, en seniorforsker ved ASC of P.N. Lebedev Fysiske Institut. "Og det betyder, at når nøjagtigheden af ​​målinger i absolut astrometri når mikrobuesekunder, the "jittering" effect of reference source coordinates, which is caused by the galaxy's non-stationary field, will need to be taken into account."

The scientists investigated the properties of this gravitational noise, which, in the future, will enable the noise to be excluded from observational data. They also demonstrated that the "jittering" effect of the coordinates can be partially compensated by using mathematical methods.