11. veebruaril 2016 tegid Laser Interferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuse (LIGO) teadlased ajaloo, kui nad teatasid esmakordselt gravitatsiooniliste lainete (GW) tuvastamisest. Sellest ajast alates on toimunud mitu tuvastust ning vaatluskeskuste - näiteks Advanced LIGO ja Advanced Virgo - vaheline teaduslik koostöö võimaldab enneolematut tundlikkuse ja andmete jagamise taset.
Varem oli kinnitatud seitse sellist sündmust, millest kuus olid põhjustatud binaarsete mustade aukude (BBH) ja ühe binaarse neutrontähe ühinemisest. Kuid laupäeval, 1. detsembril esitles teadlaste meeskond LIGO teaduskoostöö (LSC) ja neitsikoostöö uusi tulemusi, mis osutasid veel nelja gravitatsioonilaine sündmuse avastamisele. See tõstab viimase kolme aasta jooksul avastatud GW-juhtude koguarv üheteistkümneni.
Esitlus pealkirjaga „Binaarsed musta auguga elanikkonna omadused, mis on seotud arenenud LIGO ja arenenud neitsi esimesest ja teisest vaatluskäigust tulenevaga“, tehti 2018. aasta gravitatsiooniliste lainete füüsika ja astronoomia töötoa (GWPAW) ajal - see toimus 1. detsembrist detsembrini. 4. Marylandi ülikoolis.
See iga-aastane üritus, mida korraldab Marylandi ülikooli ja NASA Goddardi kosmoselennukeskuse partnerlusprogramm Ühine kosmoseteaduse instituut (JSI), viib teadlased ja uurijad kogu maailmast kokku, et arutada avastamise ja uurimisega seotud praegusi ja tulevasi probleeme gravitatsioonilainete uurimine.
Ettekande käigus tutvustas AEI Potsdami astrofüüsikalise ja kosmoloogilise relatiivsuse osakonna vanemteadur Michael Pürrer laupäeval GIGPA teadusliku koostöö ja neitsikoostöö nimel GWPAW-s esimese kataloogi tulemusi. Nende hulka kuulusid seitse varem tuvastatud sündmust ja neli hiljutist tuvastamist. Nagu ta esitluse ajal ütles:
„Selles kataloogis tutvustame kõigi O1 ja O2 leitud gravitatsioonilaine tuvastuste põhjalikku analüüsi. Binaarsete masside, spinnide ja loodete deformatsioonide järeldamiseks tugineme nendest kataklüsmistest sündmustest eralduva gravitatsioonilise lainekuju nüüdisaegsetele mudelitele. Olen väga uhke, et sain osa sellest LIGO teaduskoostöö ja neitsikoostöö silmapaistvast ettevõtmisest. ”
Uued sündmused, mis kõik olid BBH ühinemiste tulemusel, on tähistatud GW170729, GW170809, GW170818 ja GW170823, lähtudes nende avastamise kuupäevadest. Kõik neli tuvastati LIGO ja VIRGO koostöö teisel vaatlusrajal (O2), mis kestis 30. novembrist 2016 kuni 25. augustini 2017.
Alessandra Buonanno, AEI-Potsdami astrofüüsikalise ja kosmoloogilise relatiivsuse osakonna direktor ja Marylandi ülikooli kolledži pargi professor, oli nende hiljutiste leidude suur panustaja. Nagu ta märkis hiljutises AEI pressiteates:
„Moodsaimad lainekuju mudelid, täiustatud andmetöötlus ja instrumentide parem kalibreerimine on võimaldanud meil täpsemini tuletada varem teada antud sündmuste astrofüüsikalisi parameetreid. Ootan huviga järgmist vaatlusrada 2019. aasta kevadel, kus loodetakse avastada kogutud andmete kohta rohkem kui kaks musta augu ühinemist kuus! ”
Meeskonna tulemuste kohaselt hõlmavad vaadeldavad BBH-d mitmesuguseid komponentide masse, alates 7,6 kuni 50,6 päikese massi. Samuti leidsid nad, et kahes BBH-s (GW151226 ja GW170729) on väga tõenäoline, et vähemalt üks mustadest aukudest keerleb. Kuid mis kõige tähtsam - uued tuvastused püstitasid GW-de uurimisel kaks uut rekordit.
Näiteks GIG170818 nime all tuntud sündmus asus LIGO ja Neitsite vaatluskeskuste taevapoolses põhjaosas taeva täpsusega. Tegelikult tuvastati see täpsusega 39 ruutkraadi (täiskuu näivsuurust 195 korda suurem), muutes selle tänaseni parimaks lokaliseeritud BBH-ks.
Lisaks oli GW170729-ga tuntud sündmus seni kõige massiivsem ja kaugeim gravitatsioonilaine allikas. Lisaks musta augu paari kaasamisele, mille kombineeritud mass oli üle 50 korra suurem kui Päikesel, toimus ühinemine ka viis miljardit aastat tagasi ja see andis gravitatsioonilise kiirguse kujul välja peaaegu viie päikese massi ekvivalendi.
Vaadates tulevikku, loodab meeskond teha rohkem avastusi Advanced LIGO ja Virgo kolmanda vaatlusraja (O3) jooksul, mis on kavas alustada 2019. aasta alguses. Selle raja eeliseks on LIGO ja Virgo tundlikkuse täiendav täiendamine, samuti Jaapanis asuva vaatluskeskuse Kamioka gravitatsioonilise laine detektori (KAGRA) kaasamine (võimalik, et O3 lõpu poole).
Nagu AEI-Hannoveri laserinterferomeetria ja gravitatsioonilainete astronoomia osakonna direktor Karsten Danzmann ütles:
"Mul on hea meel, et paljud meie GEO600 detektoris välja töötatud arenenud detektoritehnoloogiad on aidanud muuta O2 töötamise nii tundlikuks ja et O3-s võetakse LIGO-s ja Neitsis kasutusele teine GEO600-le rajatud tehnoloogia, mis on valgustatud."
Nende täienduste ja KAGRA lisamisega on lähiaastatel oodata mitukümmend binaarsüsteemide ühinemisest tulenevat GW sündmust. Need viimased tulemused pakuvad ka vaatluskeskuste LIGO ja Neitsid edasist valideerimist ning nende taga oleva rahvusvahelise koostöö tõhusust.
Ja koos nelja täiendava GW-sündmuse tuvastamisega on juhtumiuuringute arv, millest teadlased saavad teadmisi teha, kasvanud peaaegu 50%. Seda tehes saavad nad rohkem teada GW-sündmusi põhjustavate binaarsüsteemide populatsiooni kohta, rääkimata sellest, kui kiiresti seda tüüpi ühinemised toimuvad.
Meeskonna otsingute tulemused esitati ka kahes ajalehes, mis ilmus hiljuti veebis. Esimeses artiklis “GWTC-1: LIGO ja Neitsi poolt esimese ja teise vaatlustsükli jooksul täheldatud kompaktsete binaarsete ühinemiste gravitatsioonilise laine siirdekataloog sisaldab üksikasjalikku kataloogi kõigi gravitatsiooniliste lainete tuvastamise kohta.
Teises artiklis „Täiustatud LIGO ja arenenud neitsi esimesest ja teisest vaatluskäigust tulenevad binaarsed musta auku elanikkonna omadused” kirjeldatakse ühineva musta augu populatsiooni omadusi. LIGO-d rahastab Riiklik Teadusfond (NSF) ning haldavad Caltech ja Massachusettsi Tehnoloogiainstituut (MIT).
