Nya gravitationsvågor upptäckts från fyra fler svarta hålssammanslagningar. Totalt antal upptäckter upp till 11 nu

På 11 februari 2016 , forskare vid Laserinterferometer gravitationsvågobservatorium (LIGO) skrev historia när de tillkännagav den första upptäckten av gravitationsvågor (GW). Sedan dess har flera upptäckter ägt rum och vetenskapliga samarbeten mellan observatorier – som Advanced LIGO och Avancerad Jungfru – möjliggör oöverträffade nivåer av känslighet och datadelning.

Tidigare hade sju sådana händelser bekräftats, varav sex orsakades av sammanslagningar av binära svarta hål (BBH) och en av sammanslagning av en binär neutronstjärna . Men på lördagen den 1 december, ett team av forskare LIGO vetenskapligt samarbete (LSC) och Jungfrusamarbete presenteras nya resultat som indikerade upptäckten av ytterligare fyra gravitationsvåghändelser. Detta bringar det totala antalet GW-händelser som upptäckts under de senaste tre åren till elva.

Presentationen, med titeln ' Populationsegenskaper för binära svarta hål härledda från den första och andra observationskörningen av Advanced LIGO och Advanced Virgo ', gjordes under 2018 Workshop för gravitationsvågfysik och astronomi (GWPAW) – som ägde rum från 1 december till 4 december vid University of Maryland.

Konstnärens intryck av två sammanslagna svarta hål, som har teoretiserats vara en källa till gravitationsvågor. Kredit: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel/SXS

Värd av Joint Space-Science Institute (JSI), ett partnerskap mellan University of Maryland och NASAs Goddard Space Flight Center, samlar detta årliga evenemang forskare och forskare från hela världen för att diskutera aktuella och framtida frågor relaterade till detektering och studie av gravitationsvågor.

Under presentationen presenterade Michael Pürrer – en senior forskare inom divisionen Astrophysical and Cosmological Relativity vid AEI Potsdam – resultaten av den första katalogen på GWPAW på lördagen på uppdrag av LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Dessa inkluderade de sju tidigare upptäckta händelserna och de fyra senaste upptäckterna. Som han uppgav under presentationen:

'I den här katalogen presenterar vi en grundlig analys av alla 11 gravitationsvågsdetektioner som finns i O1 och O2. Vi förlitar oss på toppmoderna modeller av gravitationsvågformen som emitteras från dessa katastrofala händelser för att sluta oss till binärernas massor, spinn och tidvattensdeformerbarheter. Jag är mycket stolt över att ha varit en del av denna enastående insats av LIGO Scientific Collaboration och Virgo Collaboration.”

De nya händelserna, som alla var resultatet av BBH-fusioner, betecknas GW170729, GW170809, GW170818 och GW170823 baserat på de datum då de upptäcktes. Alla fyra upptäcktes under LIGO- och VIRGO-samarbetets andra observationskörning (O2), som varade från 30 november 2016 till 25 augusti 2017.

Konstnärs illustration av två sammanslagna neutronstjärnor. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Alessandra Buonanno, chef för divisionen astrofysisk och kosmologisk relativitet vid AEI-Potsdam och professor i College Park vid University of Maryland, var en viktig bidragsgivare till dessa senaste fynd. Som hon antydde i en nyligen genomförd AEI pressmeddelande :

'State-of-the-art vågformsmodeller, avancerad databearbetning och bättre kalibrering av instrumenten, har gjort det möjligt för oss att härleda astrofysiska parametrar för tidigare tillkännagivna händelser mer exakt. Jag ser fram emot nästa observationskörning under våren 2019, där vi förväntar oss att upptäcka mer än två svarthålssammanslagningar per månad av insamlad data!”

Enligt teamets resultat spänner de observerade BBH:erna över ett brett spektrum av komponentmassor, från 7,6 till 50,6 solmassor. Teamet fann också att i två av BBH:erna (GW151226 och GW170729) är det mycket troligt att åtminstone ett av de svarta hålen snurrar. Men viktigast av allt, de nya upptäckterna satte två nya rekord i studien av GW.

Till exempel var händelsen känd som GW170818 lokaliserad på himlen med precision på det norra himmelska halvklotet av LIGO- och Jungfruobservatorierna. Faktum är att den identifierades med en precision på 39 kvadratgrader (195 gånger den skenbara storleken på fullmånen), vilket gör den till den bästa lokaliserade BBH hittills.

Konstnärens intryck av att slå samman binära svarta hål. Kredit: LIGO/A. Simonnet.

Dessutom var händelsen känd som GW170729 den mest massiva och mest avlägsna gravitationsvågskällan som hittills observerats. Förutom att involvera ett svart hålspar som hade en sammanlagd massa mer än 50 gånger solens, ägde sammanslagningen rum för 5 miljarder år sedan och släppte ut motsvarande nästan fem solmassor i form av gravitationsstrålning.

Framöver hoppas teamet kunna göra fler upptäckter under den tredje observationskörningen (O3) av Advanced LIGO and Virgo, som är planerad att starta i början av 2019. Denna körning kommer att dra nytta av ytterligare känslighetsuppgraderingar till LIGO och Jungfrun, såväl som inkludering av Kamioka gravitationsvågsdetektor (KAGRA) observatorium i Japan (möjligen mot slutet av O3).

Som Karsten Danzmann, chef för divisionen Laser Interferometry and Gravitational Wave Astronomy vid AEI-Hannover, uttryckt :

'Jag är glad att många av de avancerade detektorteknologierna som utvecklats på vår GEO600-detektor har hjälpt till att göra O2-körningen så känslig och att i O3 kommer en annan teknik som var pionjär vid GEO600, squeezed light, att användas i LIGO och Jungfrun.'

Aktuella och planerade gravitationsvågobservatorier (GW) runt om i världen. Kredit: LIGO-Caltech

Med dessa uppgraderingar och tillägget av KAGRA förväntas många tiotals GW-händelser till följd av sammanslagningen av binära system under de kommande åren. Dessa senaste resultat erbjuder också ytterligare validering av LIGO- och Virgo-observatorieinstrumenten, såväl som effektiviteten av det internationella samarbetet bakom dem.

Och med upptäckten av ytterligare fyra GW-händelser har antalet fallstudier som forskare kan dra insikter från ökat med nästan 50 %. Genom att göra det kommer de att kunna lära sig mer om populationen av binära system som orsakar GW-händelser, för att inte tala om hastigheten med vilken dessa typer av sammanslagningar äger rum.

Resultaten av teamets sökningar presenterades också i två tidningar som nyligen dök upp online. Den första tidningen, ' GWTC-1: En tyngdvågsövergående katalog över kompakta binära sammanslagningar observerade av LIGO och Jungfrun under den första och andra observationskörningen , presenterar en detaljerad katalog över alla gravitationsvågdetekteringar.

Den andra tidningen, ' Populationsegenskaper för binära svarta hål härledda från den första och andra observationskörningen av Advanced LIGO och Advanced Virgo ”, beskriver egenskaperna hos den sammanslagna svarta hålspopulationen. LIGO finansieras av National Science Foundation (NSF) och drivs av Caltech och Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Vidare läsning: Albert Einstein-institutet