ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเป็นสาขาย่อยของดาราศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับและศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์^{[ 1 ]}

คลื่นความโน้มถ่วงคือการบิดเบี้ยวหรือระลอกคลื่นเล็กๆ ในกาลอวกาศที่เกิดจากการเร่งความเร็วของวัตถุมวลมาก คลื่นเหล่านี้เกิดขึ้นจากเหตุการณ์หายนะ เช่น การรวมตัวของหลุมดำคู่การรวมตัวของดาวนิวตรอนคู่การ ระเบิดของ ซูเปอร์โนวาและกระบวนการต่างๆ รวมถึงกระบวนการในเอกภพยุคแรกหลังจากการ ระเบิดครั้งใหญ่ ( บิ๊กแบง ) การศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงนำเสนอวิธีการใหม่ในการสังเกตเอกภพ และให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าเกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารภายใต้สภาวะสุดขั้ว เช่นเดียวกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ รังสีอินฟราเรด และรังสีเอ็กซ์) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานผ่านการแพร่กระจายของความผันผวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีความโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับความผันผวนของสนามความโน้มถ่วงที่อ่อนกว่า การมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงได้รับการเสนอครั้งแรกโดยOliver Heavisideในปี 1893 และต่อมาHenri Poincaré ได้ตั้งข้อสันนิษฐาน ในปี 1905 ว่าเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เทียบเท่ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ก่อนที่Albert Einstein จะทำนายไว้ ในปี 1916 ว่าเป็นผลลัพธ์ที่ได้จากทฤษฎี สัม พัทธภาพทั่วไป ของ เขา

ในปี 1978 รัสเซลล์ อลัน ฮัลส์และโจเซฟ ฮูตัน เทย์เลอร์ จูเนียร์ได้ให้หลักฐานเชิงทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง โดยการสังเกตดาวนิวตรอนสองดวงที่โคจรรอบกัน และได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1993 จากผลงานของพวกเขา ในปี 2015 เกือบหนึ่งศตวรรษหลังจากที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้การสังเกตโดยตรงครั้งแรกของคลื่นความโน้มถ่วงในฐานะสัญญาณจากการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมได้ยืนยันการมีอยู่ของปรากฏการณ์ที่ยากจะเข้าใจเหล่านี้ และเปิดยุคใหม่ในวงการดาราศาสตร์ การตรวจจับในเวลาต่อมาได้แก่ การรวมตัวของหลุมดำคู่ การชนกันของดาวนิวตรอน และเหตุการณ์ทางจักรวาลที่รุนแรงอื่นๆ ปัจจุบันมีการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรีซึ่งวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความยาวของแขนสองข้างที่ตั้งฉากกันซึ่งเกิดจากคลื่นที่ผ่านเข้ามา หอดูดาวเช่นLIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), VirgoและKAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) ใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อจับสัญญาณที่อ่อนมากจากเหตุการณ์ทางจักรวาลที่อยู่ไกลออกไปแบร์รี ซี. บาริช , คิป เอส. ธอร์นและไรเนอร์ ไวส์ผู้ร่วมก่อตั้ง LIGO ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017 จากผลงานบุกเบิกในด้านดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง

เมื่อสังเกตวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ไกลออกไปโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การกระเจิง การดูดกลืน การสะท้อน การหักเห ฯลฯ จะทำให้ข้อมูลสูญหายไป มีหลายบริเวณในอวกาศที่โฟตอนสามารถทะลุผ่านได้เพียงบางส่วน เช่น ภายในเนบิวลา เมฆฝุ่นหนาแน่นที่แกนกลางกาแล็กซี บริเวณใกล้หลุมดำ เป็นต้น ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงมีศักยภาพที่จะนำมาใช้ควบคู่ไปกับดาราศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อศึกษาจักรวาลด้วยความละเอียดที่ดียิ่งขึ้น ในแนวทางที่เรียกว่าดาราศาสตร์หลายแหล่งข้อมูล ข้อมูลคลื่นความโน้มถ่วงจะถูกรวมเข้ากับข้อมูลจากความยาวคลื่นอื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงช่วยให้เข้าใจจักรวาลยุคแรกทดสอบทฤษฎีแรง โน้มถ่วง และเปิดเผยการกระจายตัวของสสารมืดและพลังงานมืดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันสามารถช่วยค้นหาค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งอธิบายอัตราการขยายตัวแบบเร่งของจักรวาล ทั้งหมดนี้เปิดประตูสู่ฟิสิกส์ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน (BSM)

ความท้าทายที่ยังคงมีอยู่ในสาขานี้ ได้แก่ การรบกวนจากสัญญาณรบกวน การขาดเครื่องมือที่มีความไวสูงมาก และการตรวจจับคลื่นความถี่ต่ำ เครื่องตรวจจับบนพื้นดินประสบปัญหาจากการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวที่เกิดจากการรบกวนของสิ่งแวดล้อม และข้อจำกัดของความยาวแขนของเครื่องตรวจจับเนื่องจากความโค้งของพื้นผิวโลก ในอนาคต สาขาดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงจะพยายามพัฒนาเครื่องตรวจจับที่ได้รับการปรับปรุงและหอดูดาวรุ่นต่อไป พร้อมกับเครื่องตรวจจับในอวกาศที่เป็นไปได้ เช่น LISA ( Laser Interferometer Space Antenna ) LISA จะสามารถรับฟังแหล่งกำเนิดที่อยู่ไกลออกไป เช่น หลุมดำมวลมหาศาลขนาดกะทัดรัดในแกนกลางกาแล็กซีและหลุมดำดั้งเดิม รวมถึงแหล่งกำเนิดสัญญาณที่ไวต่อความถี่ต่ำ เช่น การรวมตัวของดาวแคระขาวคู่ และแหล่งกำเนิดจากจักรวาลยุคแรก^{[ 2 ]}

คลื่นความโน้มถ่วงเป็นคลื่นที่มีความเข้มเท่ากับแรงโน้มถ่วงซึ่งเกิดจากมวลที่เร่งความเร็วของระบบดาวคู่โคจร และแพร่กระจายออกไปจากแหล่งกำเนิดด้วยความเร็วแสงโอลิเวอร์ เฮวิไซด์เป็นผู้เสนอแนวคิดนี้เป็นครั้งแรกในปี 1893 และต่อมาอองรี ปวงกาเร เป็นผู้เสนอ ในปี 1905 โดยมองว่าเป็นคลื่นที่คล้ายกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่เป็นคลื่นความโน้มถ่วง

คลื่นความโน้มถ่วงได้รับการทำนายในภายหลังในปี 1916โดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์บนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทั่วไปของเขาในฐานะ ระลอกคลื่นในกาลอวกาศต่อมาเขาปฏิเสธที่จะยอมรับคลื่นความโน้มถ่วง^{[ 3 ]}คลื่นความโน้มถ่วงขนส่งพลังงานในรูปของการแผ่รังสีความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานรังสีที่คล้ายกับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลศาสตร์คลาสสิกไม่ได้ให้การมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง เนื่องจากกฎนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพแพร่กระจายในทันที (ด้วยความเร็วอนันต์) ซึ่งแสดงให้เห็นวิธีหนึ่งที่ฟิสิกส์แบบนิวตันไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับสัมพัทธภาพได้

หลักฐานทางอ้อมชิ้นแรกที่สนับสนุนการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงมาจากการสังเกตการลดลงของวงโคจรของพัลซาร์คู่ฮัลส์-เทย์เลอร์ ในปี 1974 ซึ่งตรงกับการลดลงที่ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปว่าเป็นการสูญเสียพลังงานไปสู่การแผ่รังสีความโน้มถ่วง ในปี 1993 รัสเซลล์ เอ. ฮัลส์และโจเซฟ ฮูตัน เทย์เลอร์ จูเนียร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบนี้

การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงเกิดขึ้นครั้งแรกในปี 2015 เมื่อเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงLIGO ในเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนา และเมืองแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน ได้รับสัญญาณที่เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำสองหลุม ต่อมา รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2017 จึงถูกมอบให้แก่ไรเนอร์ ไวส์ , คิป ธอร์นและแบร์รี บาริชสำหรับบทบาทของพวกเขาในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรง

ในดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงถูกนำมาใช้เพื่ออนุมานข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วง แหล่งกำเนิดที่สามารถศึกษาได้ด้วยวิธีนี้ ได้แก่ ระบบ ดาวคู่ที่ประกอบด้วย ดาว แคระขาวดาวนิวตรอนและหลุมดำเหตุการณ์ต่างๆ เช่นซูเปอร์โนวาและการก่อตัวของเอกภพในช่วงเริ่มต้นหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (บิ๊กแบง ) ไม่นาน

การทำงานร่วมกันระหว่างเครื่องตรวจจับช่วยในการรวบรวมข้อมูลที่มีเอกลักษณ์และมีคุณค่า เนื่องจากแต่ละเครื่องมีคุณสมบัติและความไวที่แตกต่างกัน

ความถี่ต่ำ

วิธีการสังเกตการณ์ทางเลือกอีกวิธีหนึ่งคือการใช้อาร์เรย์จับเวลาพัลซาร์ (PTA) มีกลุ่มความร่วมมือสามกลุ่ม ได้แก่European Pulsar Timing Array (EPTA), North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) และParkes Pulsar Timing Array (PPTA) ซึ่งร่วมมือกันในชื่อInternational Pulsar Timing Arrayสิ่งเหล่านี้ใช้กล้องโทรทัศน์วิทยุที่มีอยู่ แต่เนื่องจากมีความไวต่อความถี่ในช่วงนาโนเฮิร์ตซ์ จึงต้องใช้เวลาสังเกตการณ์หลายปีเพื่อตรวจจับสัญญาณ และความไวของตัวตรวจจับจะค่อยๆ ดีขึ้น ขีดจำกัดปัจจุบันกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดที่คาดหวังสำหรับแหล่งกำเนิดทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์^{[ 11 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2566 ความร่วมมือของ PTA สี่กลุ่ม ได้แก่ สามกลุ่มที่กล่าวถึงข้างต้นและ Pulsar Timing Array ของจีน ได้ให้หลักฐานที่เป็นอิสระแต่คล้ายคลึงกันสำหรับพื้นหลังแบบสุ่มของคลื่นความโน้มถ่วงระดับนาโนเฮิร์ต ซ์ ^{[ 14 ]}แต่ละกลุ่มได้ให้การวัดครั้งแรกที่เป็นอิสระของเส้นโค้งHellings-Downs ตามทฤษฎี นั่นคือ ความสัมพันธ์แบบควอดรูโพลาร์ระหว่างพัลซาร์สองดวงเป็นฟังก์ชันของการแยกเชิงมุมบนท้องฟ้า ซึ่งเป็นสัญญาณบ่งชี้ถึงต้นกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วงของพื้นหลังที่สังเกตได้^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}แหล่งที่มาของพื้นหลังนี้ยังคงต้องได้รับการระบุ แม้ว่าระบบดาวคู่ของหลุมดำมวลมหาศาลจะเป็นผู้สมัครที่มีความเป็นไปได้มากที่สุด^{[ 19 ]}

ดาราศาสตร์อาศัยการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นหลัก โดยเริ่มจากแถบคลื่นแสงที่มองเห็นได้ เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น ก็สามารถสังเกตส่วนอื่นๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ ตั้งแต่คลื่นวิทยุ ไป จนถึงรังสีแกมมาแถบความถี่ใหม่แต่ละแถบให้มุมมองใหม่เกี่ยวกับจักรวาลและนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ^{[ 21 ]}ในช่วงศตวรรษที่ 20 การวัดอนุภาคมวลมากที่มีพลังงานสูง โดยทางอ้อมและต่อมาโดยตรง ได้เปิดหน้าต่างเพิ่มเติมสู่จักรวาล ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การตรวจพบนิวตริโนจากดวงอาทิตย์ได้ก่อตั้งสาขาดาราศาสตร์นิวตริโนทำให้เข้าใจปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้ เช่น การทำงานภายในของดวงอาทิตย์^{[ 22 ] [ 23 ]}การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงเป็นอีกวิธีหนึ่งในการสังเกตการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์

รัสเซล ฮัลส์และโจเซฟ เทย์เลอร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ใน ปี 1993 จากการแสดงให้เห็นว่าการสลายตัวของวงโคจรของดาวนิวตรอนคู่หนึ่ง ซึ่งดวงหนึ่งเป็นพัลซาร์ สอดคล้องกับการทำนายการแผ่รังสีโน้มถ่วงของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป^{[ 24 ]}ต่อมา พัลซาร์คู่จำนวนมาก (รวมถึงระบบพัลซาร์คู่ หนึ่ง ) ได้รับการสังเกต ซึ่งทั้งหมดสอดคล้องกับการทำนายคลื่นโน้มถ่วง^{[ 25 ]}ในปี 2017 รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ได้มอบให้แก่ไรเนอร์ ไวส์ , คิป ธอร์นและแบร์รี บาริชสำหรับบทบาทของพวกเขาในการตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงครั้งแรก^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

คลื่นความโน้มถ่วงให้ข้อมูลเสริมที่แตกต่างจากวิธีการอื่นๆ การรวมการสังเกตการณ์เหตุการณ์เดียวกันโดยใช้วิธีการต่างๆ ทำให้สามารถเข้าใจคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดได้อย่างครบถ้วนยิ่งขึ้น ซึ่งเรียกว่าดาราศาสตร์แบบหลายแหล่งข้อมูลคลื่นความโน้มถ่วงยังสามารถใช้สังเกตระบบที่มองไม่เห็น (หรือแทบตรวจจับไม่ได้) ด้วยวิธีการอื่นๆ ตัวอย่างเช่น คลื่นความโน้มถ่วงเป็นวิธีการเฉพาะในการวัดคุณสมบัติของหลุมดำ

คลื่นความโน้มถ่วงสามารถเกิดขึ้นได้จากระบบหลายระบบ แต่เพื่อให้เกิดสัญญาณที่ตรวจจับได้ แหล่งกำเนิดต้องประกอบด้วยวัตถุที่มีมวลมหาศาลและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เป็นสัดส่วนมากพอสมควรของความเร็วแสงแหล่งกำเนิดหลักคือระบบไบนารีที่ประกอบด้วยวัตถุขนาดกะทัดรัด สองชิ้น ตัวอย่างของระบบได้แก่:

• ระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดประกอบด้วยวัตถุมวลระดับดาวฤกษ์สองดวงที่โคจรใกล้กัน เช่นดาวแคระขาวดาวนิวตรอนหรือหลุมดำระบบดาวคู่ที่อยู่ห่างกันมากขึ้น ซึ่งมีความถี่ในการโคจรต่ำกว่า เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณสำหรับเครื่องตรวจจับเช่นLISA [ ^{29 ] [ 30 ] ระบบ}ดาวคู่ที่อยู่ใกล้กันมากขึ้นจะสร้างสัญญาณสำหรับเครื่องตรวจจับภาคพื้นดินเช่นLIGO [ ^{31 ] เครื่อง}ตรวจจับภาคพื้นดินอาจตรวจจับระบบดาวคู่ที่มีหลุมดำมวลปานกลางที่ มีมวล หลายร้อยเท่าของมวลดวงอาทิตย์ได้^{[ 32 ] [ 33 ]}
• ระบบ หลุมดำมวลมหาศาลคู่ประกอบด้วยหลุมดำสองหลุมที่มีมวล 10⁵–10⁹ เท่าของ^มวลสุริยะ^หลุมดำมวลมหาศาลพบได้ที่ใจกลางกาแล็กซี เมื่อกาแล็กซีรวมตัวกัน คาดว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีเหล่านั้นก็จะรวมตัวกันด้วย^{[ 34 ]}สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้อาจดังที่สุด ระบบคู่ที่มีมวลมากที่สุดเป็นแหล่งกำเนิดของPTA [ ^{35 ] ระบบ คู่ที่มีมวลน้อยกว่า (ประมาณหนึ่งล้านเท่า ของ}มวลสุริยะ) เป็นแหล่งกำเนิดของเครื่องตรวจจับในอวกาศ เช่นLISA [ ^{36 ]}
• ระบบที่ มีอัตราส่วนมวลสุดขั้วของวัตถุขนาดกะทัดรัดมวลระดับดาวฤกษ์ที่โคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาล^{[ 37 ] สิ่งเหล่านี้เป็นแหล่งกำเนิดสำหรับเครื่องตรวจจับเช่น LISA [ 36 ] ระบบ}ที่มีวง^{โคจรเยื้อง}ศูนย์สูงจะสร้างการแผ่รังสีแรงโน้มถ่วงเป็นช่วงๆ เมื่อผ่านจุดที่เข้าใกล้กันมากที่สุด^{[ 38 ]}ระบบที่มีวงโคจรเกือบเป็นวงกลม ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงท้ายของการโคจรเข้าหากัน จะปล่อยรังสีอย่างต่อเนื่องภายในย่านความถี่ของ LISA ^{[ 39 ]} การโคจรเข้าหากันที่มีอัตราส่วนมวลสุดขั้วสามารถสังเกตได้ตลอดหลายวงโคจร ทำให้เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการตรวจสอบเรขาคณิตของกาล อวกาศพื้นหลังช่วยให้สามารถทดสอบ ทฤษฎีสั มพัทธภาพทั่วไป ได้อย่างแม่นยำ ^{[ 40 ]}

นอกจากไฟล์ไบนารีแล้ว ยังมีแหล่งข้อมูลอื่นๆ ที่เป็นไปได้อีก:

• ซูเปอร์โนวาสร้างคลื่นแรงโน้มถ่วงความถี่สูงที่สามารถตรวจจับได้^ด้วย LIGOหรือVirgo ^{[ 41} ]
• ดาวนิวตรอนที่หมุนได้เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นความถี่สูงอย่างต่อเนื่องหากมีแกนไม่สมมาตร^{[ 42 ] [ 43 ]}
• กระบวนการของจักรวาลยุคแรก เช่นการขยายตัวหรือการเปลี่ยนเฟส^{[ 44 ]}
• สายคอสมิกอาจปล่อยรังสีโน้มถ่วงออกมาได้หากมีอยู่จริง^{[ 45 ]}การค้นพบคลื่นโน้มถ่วงเหล่านี้จะยืนยันการมีอยู่ของสายคอสมิก

คลื่นความโน้มถ่วงมีปฏิสัมพันธ์กับสสารเพียงเล็กน้อย นี่คือสิ่งที่ทำให้ตรวจจับได้ยาก นอกจากนี้ยังหมายความว่าพวกมันสามารถเดินทางได้อย่างอิสระผ่านจักรวาล และไม่ถูกดูดซับหรือกระจัดกระจายเหมือนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะมองเห็นใจกลางของระบบที่มีความหนาแน่นสูง เช่น แกนกลางของซูเปอร์โนวาหรือใจกลางกาแล็กซีนอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะมองย้อนกลับไปในอดีตได้ไกลกว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากจักรวาลในยุคแรกนั้นทึบแสงก่อนการรวมตัว ใหม่ แต่โปร่งใสต่อคลื่นความโน้มถ่วง^{[ 46 ]}

ความสามารถของคลื่นความโน้มถ่วงในการเคลื่อนที่อย่างอิสระผ่านสสารยังหมายความว่าเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงนั้นต่างจากกล้องโทรทรรศน์ ตรงที่ ไม่ได้ชี้ไปยังพื้นที่การมองเห็น เพียงแห่งเดียว แต่สังเกตการณ์ท้องฟ้าทั้งหมด เครื่องตรวจจับมีความไวในบางทิศทางมากกว่าทิศทางอื่น ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้การมีเครือข่ายเครื่องตรวจจับเป็นประโยชน์^{[ 47 ]}การกำหนดทิศทางก็ทำได้ไม่ดีเช่นกัน เนื่องจากจำนวนเครื่องตรวจจับมีน้อย

ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเป็นสาขาการวิจัยที่ยังใหม่ จึงยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา อย่างไรก็ตาม มีความเห็นพ้องกันในชุมชนนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ว่าสาขานี้จะพัฒนาไปเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของดาราศาสตร์หลายแหล่งข้อมูลในศตวรรษที่21 ^{[ 50 ]}

การสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงช่วยเสริมการสังเกตการณ์ใน^{สเปกตรัม}แม่เหล็กไฟฟ้า [ ^{51 ] [ 50 ]}คลื่นเหล่านี้ยังมีแนวโน้มที่จะให้ข้อมูลในรูปแบบที่ไม่สามารถทำได้ผ่านการตรวจจับและการวิเคราะห์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถถูกดูดซับและแผ่รังสีใหม่ได้ในลักษณะที่ทำให้การดึงข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดทำได้ยาก อย่างไรก็ตาม คลื่นความโน้มถ่วงมีปฏิสัมพันธ์กับสสารเพียงเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าคลื่นจะไม่กระจัดกระจายหรือถูกดูดซับ สิ่งนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นใจกลางของซูเปอร์โนวา เนบิวลาดาวฤกษ์ และแม้แต่แกนกาแล็กซีที่กำลังชนกันในรูปแบบใหม่ได้

เครื่องตรวจจับภาคพื้นดินได้ให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับเฟสการโคจรเข้าหากันและการรวมตัวของระบบไบนารีของหลุมดำมวลระดับดาวฤกษ์ สองดวง และการรวมตัวของดาวนิวตรอน สองดวง นอกจากนี้ยังสามารถตรวจจับสัญญาณจากซูเปอร์โนวาที่ยุบตัวลงของแกนกลางและจากแหล่งกำเนิดเป็นคาบ เช่น พัลซาร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเล็กน้อย หากการคาดการณ์เกี่ยวกับเฟสทรานซิชัน บางประเภท หรือการระเบิดแบบคิงค์จากสายคอสมิก ยาว ในเอกภพยุคแรกเริ่ม (ที่ช่วงเวลาจักรวาลประมาณ 10 ⁻²⁵วินาที) เป็นความจริง สิ่งเหล่านี้ก็สามารถตรวจจับได้ เช่นกัน ^{[ 52 ]}เครื่องตรวจจับในอวกาศเช่น LISA ควรตรวจจับวัตถุต่างๆ เช่น ไบนารีที่ประกอบด้วย ดาว แคระขาว สองดวง และดาว AM CVn ( ดาวแคระขาวที่ดูดกลืนสสารจากคู่ไบนารีของมัน ซึ่งเป็นดาวฮีเลียมมวลต่ำ) และยังสังเกตการรวมตัวของหลุมดำมวลมหาศาลและการโคจรเข้าหากันของวัตถุขนาดเล็ก (ระหว่างหนึ่งถึงหนึ่งพันเท่าของมวลสุริยะ ) เข้าสู่หลุมดำดังกล่าว LISA ควรจะสามารถรับฟังแหล่งกำเนิดประเภทเดียวกันจากจักรวาลยุคแรกได้เช่นเดียวกับเครื่องตรวจจับภาคพื้นดิน แต่ที่ความถี่ต่ำกว่าและมีความไวสูงขึ้นมาก^{[ 53 ]}

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาเป็นความพยายามที่ยากลำบาก ต้องใช้เลเซอร์คุณภาพสูงที่มีความเสถียรสูงมากและตัวตรวจจับที่ได้รับการสอบเทียบด้วยความไวอย่างน้อย 2·10 ⁻²²  Hz ^−1/2ดังที่แสดงในตัวตรวจจับภาคพื้นดิน GEO600 ^{[ 54 ]}นอกจากนี้ยังมีการเสนอว่าแม้จากเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ เช่น การระเบิดของซูเปอร์โนวา คลื่นเหล่านี้ก็มีแนวโน้มที่จะลดทอนลงเป็นการสั่นสะเทือนที่มีขนาดเล็กเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอม^{[ 55 ]}

การระบุตำแหน่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงก็เป็นความท้าทายเช่นกัน แต่คลื่นที่เบี่ยงเบนผ่านเลนส์ความโน้มถ่วงร่วมกับการเรียนรู้ของเครื่องจักรอาจทำให้ง่ายขึ้นและแม่นยำยิ่งขึ้น^{[ 56 ]}เช่นเดียวกับแสงจาก ซูเปอร์โนวา SN Refsdalที่ตรวจพบเป็นครั้งที่สองเกือบหนึ่งปีหลังจากที่ค้นพบครั้งแรก เนื่องจากเลนส์ความโน้มถ่วงส่งแสงบางส่วนไปตามเส้นทางที่แตกต่างกันในจักรวาล วิธีการเดียวกันนี้สามารถนำมาใช้กับคลื่นความโน้มถ่วงได้^{[ 57 ]}แม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่เทคนิคที่คล้ายกับการหาตำแหน่งโดยใช้สามเหลี่ยมที่โทรศัพท์มือถือใช้ในการกำหนดตำแหน่งของตนเองเมื่อเทียบกับดาวเทียม GPS จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ติดตามต้นกำเนิดของคลื่นได้^{[ 58 ]}

• การค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกจากภาคพื้นดิน
• พื้นหลังคลื่นความโน้มถ่วง
• หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วง
• รายชื่อการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง
• ตัวกรองที่ตรงกัน #ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง

• ความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ LIGO
• AstroGravS: คลังเก็บข้อมูลแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์
• วิดีโอ (04:36) – การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง , เดนนิส โอเวอร์บาย , NYT (11 กุมภาพันธ์ 2016)
• วิดีโอ (71:29) – การแถลงข่าวประกาศการค้นพบ: "LIGO ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง"มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (11 กุมภาพันธ์ 2016)
• ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง