11. veebruaril 2016 teatasid Laser Interferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskuse (LIGO) teadlased gravitatsioonilainete esimesest tuvastamisest. See areng, mis kinnitas Einsteini sajandi üldise relatiivsusteooria ennustust sajand tagasi, on avanud kosmoloogidele ja astrofüüsikutele uusi uurimisvõimalusi. Sellest ajast alates on tuvastatud rohkem, mis kõik olid väidetavalt mustade aukude ühinemise tagajärg.
Viimane tuvastamine toimus 14. augustil 2017, kui kolm observatooriumi - Advanced LIGO ja Advanced Virgo detektorid - tuvastasid samaaegselt mustade aukude liitmisel tekkinud gravitatsioonilained. See oli esimene kord, kui kolm erinevat seadet kogu maailmast tuvastasid gravitatsioonilisi laineid, käivitades selle kosmilise nähtuse ülemaailmselt ühendatud teadusuuringute uue ajastu.
Neid tähelepanekuid üksikasjalikult kirjeldanud uuring avaldati hiljuti veebis LIGO teaduskoostöö ja neitsikoostöös. Selle pealkirjaga „GW170814: gravitatsiooniliste lainete kolme detektoriga vaatlus binaarsest mustast august koos moodustumisel” on see uuring heaks kiidetud ka avaldamiseks teadusajakirjas Füüsilise ülevaate kirjad.
Sündmust, mis tähistati kui GW170814, jälgiti 14. augustil 2017 kell 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT). Sündmuse avastasid Riikliku Teadusfondi kaks LIGO-d detektorid (asuvad Louisiana Livingstonis ja Washingtonis Hanfordis) ja Itaalias Pisa lähedal asuv neitsidetektor - mida hooldavad Riiklik Teadusuuringute Keskus (CNRS) ja Riiklik Tuumafüüsika Instituut (INFN).
Ehkki mitte esimene gravitatsiooniliste lainete avastamise juhtum oli, oli see esimene kord, kui kolm vaatluskeskust avastasid sündmuse üheaegselt. Nagu ütles NSFi direktor Córdova hiljutises LIGO pressiteates:
“Veidi rohkem kui poolteist aastat tagasi teatas NSF, et selle laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus on tuvastanud gravitatsioonilainete esmakordse avastamise, mis tulenes kahe musta augu kokkupõrkest galaktikas miljard valgusaasta kaugusel. Täna on meil hea meel teatada esimesest avastusest, mis tehti koostöös Neitsite gravitatsioonilaine observatooriumi ja LIGO teadusliku koostööga, esimest korda täheldades gravitatsioonilise laine tuvastamist nendes observatooriumides, mis asuvad tuhandete miilide kaugusel üksteisest. See on põnev verstapost kasvavas rahvusvahelises teaduslikus püüdluses avada meie universumi erakordsed saladused. ”
Tuvastatud lainete põhjal suutsid LIGO teaduskoostöö (LSC) ja Virgo koostöö abil kindlaks teha sündmuse tüübi ja ka osalevate objektide massi. Nende uuringu kohaselt vallandas sündmuse kahe musta augu - vastavalt 31 ja 25 päikesemassi - ühinemine. Sündmus leidis aset Maast umbes 1,8 miljardi valgusaasta kaugusel ja selle tulemuseks oli pöörleva musta augu moodustumine umbes 53 päikesemassiga.
See tähendab, et umbes kolm Päikesemassi muundati ühinemise ajal gravitatsiooniliseks laineenergiaks, mille LIGO ja Neitsi seejärel avastasid. Ehkki see on iseenesest muljetavaldav, on see uus tuvastus lihtsalt maitseks sellele, mida gravitatsiooniliste lainedetektorid, nagu näiteks LIGO ja Neitsi koostöö, saavad ära teha nüüd, kui nad on jõudnud kaugele, ja üksteisega koostöösse.
Nii Advanced LIGO kui ka Advanced Virgo on teise põlvkonna gravitatsioonilainete detektorid, mis on üle võetud eelmistest. LIGO rajatised, mille kavandasid, ehitasid ja mida haldavad Caltech ja MIT, kogusid andmeid ebaõnnestunult aastatel 2002–2010. Alates 2015. aasta septembrist läks Advanced LIGO siiski võrku ja asus läbi viima kahte vaatlustsüklit - O1 ja O2.
Vahepeal tegi uus neitsidetektor vaatlusi vahemikus 2003 kuni 2011 oktoober, taaskord edutult. 2017. aasta veebruariks algas Advanced Virgo detektori integreerimine ja seadmed läksid võrku järgmise aasta aprilliks. 2007. aastal tegid Virgo ja LIGO ka partnerid, et jagada ja ühiselt analüüsida vastavate detektorite salvestatud andmeid.
2017. aasta augustis liitus neitsidetektor O2 rajaga ja esimene samaaegne tuvastus toimus 14. augustil, andmeid kogusid kõik kolm LIGO ja Virgo seadet. Nagu märkis LSC pressiesindaja David Massaker - Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) teadur -, on see avastamine vaid esimene paljudest oodatud sündmustest.
"See on alles vaatluste algus, kui Virgo ja LIGO võimaldavad koos töötada," ütles ta. "Järgmise vaatlusrajaga, mis on kavandatud 2018. aasta sügiseks, võime selliseid tuvastamisi oodata kord nädalas või isegi sagedamini."
See ei tähenda mitte ainult seda, et teadlastel on tulevaste sündmuste tuvastamine parem, vaid nad saavad neid ka palju suurema täpsusega kindlaks teha. Tegelikult suurendab eeldus, et üleminek kahe detektoriga kolme detektorivõrgust suurendab tõenäosust, et GW170814 allikat tuvastatakse tehases 20. Taevapiirkond GW170814 jaoks on vaid 60 ruutkraadi - enam kui 10 korda väiksem kui ainult LIGO interferomeetrite andmetega.
Lisaks on sellest partnerlusest kasu ka täpsusele, millega mõõdetakse kaugust allikast. Nagu selgitas Georgia Tech professor ja LSC aseesindaja Laura Cadonati:
“See suurem täpsus võimaldab kogu astrofüüsikalisel kogukonnal teha veelgi põnevamaid avastusi, sealhulgas mitme sõnumiga vaatlusi. Väiksem otsingupiirkond võimaldab jälgida teleskoopide ja satelliitide abil kosmilisi sündmusi, mis tekitavad gravitatsioonilaineid ja valguse kiirgust, näiteks neutrontähtede kokkupõrge. "
Lõpuks võimaldab gravitatsioonilainevõrku rohkemate detektorite toomine ka Einsteini üldrelatiivsusteooria üksikasjalikumat testimist. Caltechi LIGO labori tegevdirektor David H. Reitze kiitis ka uut partnerlust ja seda, mida see võimaldab.
"Selle esimese ühise avastamise abil Advanced LIGO ja Neitsidetektorite poolt oleme astunud sammu edasi gravitatsioonilaine kosmosesse," ütles ta. "Neitsi toob uue võimsa võime gravitatsioonilaineallikate tuvastamiseks ja paremaks lokaliseerimiseks. See annab kahtlemata tulevikus põnevaid ja ootamatuid tulemusi."
Gravitatsioonilainete uurimine annab tunnistust maailma teadusrühmade ja interferomeetria teaduse kasvavast võimekusest. Aastakümnete vältel oli gravitatsioonilainete olemasolu üksnes teooria; ja sajandivahetuseks polnud kõik katsed neid tuvastada andnud midagi. Kuid kõigest viimase kaheksateist kuu jooksul on tehtud mitu tuvastust ja lähiaastatel on oodata veel kümneid.
Veelgi enam, tänu uuele globaalsele võrgule ja täiustatud vahenditele ja meetoditele räägivad need sündmused meile kindlasti palju meie universumist ja seda valitsevast füüsikast.
