Nové gravitační vlny zjištěné ze čtyř dalších sloučení černých děr. Celkový počet detekcí až 11

Na 11. února 2016 , vědci na Laserový interferometr Gravitační vlnová observatoř (LIGO) se zapsal do historie, když oznámil vůbec první detekci gravitačních vln (GW). Od té doby proběhlo několik detekcí a vědecká spolupráce mezi observatořemi – jako Advanced LIGO a Pokročilá Panna – umožňují bezprecedentní úroveň citlivosti a sdílení údajů.

Dříve bylo potvrzeno sedm takových událostí, z nichž šest bylo způsobeno sloučením binárních černých děr (BBH) a jedna sloučením binární neutronová hvězda . Ale v sobotu 1. prosince tým vědců Vědecká spolupráce LIGO (LSC) a Spolupráce Panny prezentovány nové výsledky což naznačovalo objev dalších čtyř gravitačních vln. Tím se celkový počet GW událostí zjištěných za poslední tři roky dostal na jedenáct.

Prezentace s názvem „ Vlastnosti binární černé díry odvozené z prvního a druhého pozorovacího běhu Advanced LIGO a Advanced Virgo “, byl vyroben během 2018 Workshop fyziky a astronomie gravitačních vln (GWPAW) – který se konal od 1. do 4. prosince na University of Maryland.

Umělcův dojem dvou splývajících černých děr, o kterých se předpokládá, že jsou zdrojem gravitačních vln. Kredit: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel/SXS

Pořádá Společný institut pro vesmírnou vědu (JSI), partnerství mezi University of Maryland a Goddard Space Flight Center NASA, tato každoroční událost spojuje vědce a výzkumníky z celého světa, aby diskutovali o současných a budoucích problémech souvisejících s detekcí a studiem gravitačních vln.

V průběhu prezentace Michael Pürrer – vedoucí vědec v divizi astrofyzikální a kosmologické relativity na AEI Potsdam – představil v sobotu na GWPAW výsledky prvního katalogu jménem LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Ty zahrnovaly sedm dříve zjištěných událostí a čtyři nedávné detekce. Jako on stanovený během prezentace:

„V tomto katalogu představujeme důkladnou analýzu všech 11 detekcí gravitačních vln nalezených v O1 a O2. Spoléháme se na nejmodernější modely gravitačních vln vyzařovaných z těchto kataklyzmatických událostí, abychom odvodili hmotnosti, rotace a slapové deformace dvojhvězd. Jsem velmi hrdý, že jsem mohl být součástí tohoto výjimečného úsilí LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration.“

Nové události, které byly všechny výsledkem fúzí BBH, jsou označeny GW170729, GW170809, GW170818 a GW170823 na základě dat, kdy byly zjištěny. Všechny čtyři byly detekovány během druhého pozorovacího běhu spolupráce LIGO a VIRGO (O2), který trval od 30. listopadu 2016 do 25. srpna 2017.

Umělcova ilustrace dvou splývajících neutronových hvězd. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Alessandra Buonanno, ředitelka divize astrofyzikální a kosmologické relativity v AEI-Potsdam a profesorka College Park na University of Maryland, byla hlavním přispěvatelem k těmto nedávným objevům. Jak naznačila v nedávném AEI tisková zpráva :

„Nejmodernější modely křivek, pokročilé zpracování dat a lepší kalibrace přístrojů nám umožnily přesněji odvodit astrofyzikální parametry dříve oznámených událostí. Těším se na další pozorovací běh na jaře 2019, kde očekáváme, že ze shromážděných dat odhalíme více než dvě fúze černých děr za měsíc!

Podle výsledků týmu pozorované BBH pokrývají široký rozsah hmotností složek, od 7,6 do 50,6 hmotností Slunce. Tým také zjistil, že ve dvou z BBH (GW151226 a GW170729) je velmi pravděpodobné, že se alespoň jedna z černých děr točí. Ale co je nejdůležitější, nové detekce vytvořily dva nové rekordy ve studiu GW.

Například událost známá jako GW170818 byla lokalizována na obloze s naprostou přesností na severní nebeské polokouli observatořemi LIGO a Virgo. Ve skutečnosti byl identifikován s přesností 39 čtverečních stupňů (195krát větší než zdánlivá velikost Měsíce v úplňku), což z něj dělá dosud nejlépe lokalizovaný BBH.

Umělcův dojem sloučení binárních černých děr. Kredit: LIGO/A. Simonnet.

Kromě toho byla událost známá jako GW170729 nejhmotnějším a nejvzdálenějším dosud pozorovaným zdrojem gravitačních vln. Kromě zapojení páru černých děr, který měl kombinovanou hmotnost více než 50krát větší než Slunce, ke sloučení došlo před 5 miliardami let a uvolnilo ekvivalent téměř pěti hmotností Slunce ve formě gravitačního záření.

Do budoucna tým doufá, že během třetího pozorovacího běhu (O3) Advanced LIGO a Virgo, jehož zahájení je plánováno na začátek roku 2019, učiní další objevy. Tento běh bude těžit z dalších vylepšení citlivosti LIGO a Virgo, stejně jako zahrnutí Detektor gravitačních vln Kamioka (KAGRA) observatoř v Japonsku (možná ke konci O3).

Jak řekl Karsten Danzmann, ředitel divize laserové interferometrie a gravitační vlnové astronomie v AEI-Hannover, vyjádřený :

„Jsem rád, že mnoho pokročilých technologií detektorů vyvinutých v našem detektoru GEO600 pomohlo k tomu, že provoz O2 byl tak citlivý a že v O3 bude další technologie propagovaná u GEO600, stlačené světlo, použita v LIGO a Virgo.“

Současné a plánované observatoře gravitačních vln (GW) po celém světě. Kredit: LIGO-Caltech

S těmito upgrady a přidáním KAGRA se v nadcházejících letech očekává mnoho desítek GW událostí vyplývajících ze sloučení binárních systémů. Tyto nejnovější výsledky také nabízejí další ověření nástrojů observatoří LIGO a Virgo a také účinnost mezinárodní spolupráce, která za nimi stojí.

A s detekcí čtyř dalších událostí GW vzrostl počet případových studií, ze kterých vědci mohou čerpat poznatky, téměř o 50 %. Budou se tak moci dozvědět více o populaci binárních systémů, které způsobují GW události, nemluvě o rychlosti, jakou tyto typy fúzí probíhají.

Výsledky hledání týmu byly také prezentovány ve dvou dokumentech, které se nedávno objevily online. První papír, ' GWTC-1: Katalog přechodných gravitačních vln kompaktních binárních fúzí pozorovaný LIGO a Virgo během prvního a druhého pozorovacího běhu , představuje podrobný katalog všech detekcí gravitačních vln.

Druhý papír, ' Vlastnosti binární černé díry odvozené z prvního a druhého pozorovacího běhu Advanced LIGO a Advanced Virgo “, popisuje charakteristiky slučující se populace černých děr. LIGO je financováno National Science Foundation (NSF) a provozováno společností Caltech a Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Další čtení: Institut Alberta Einsteina