11. februarja 2016 so znanstveniki Laser Interferometer Gravitacijski valovni observatorij (LIGO) v zgodovino, ko so napovedali prvo odkrivanje gravitacijskih valov (GW). Od takrat se je zgodilo večkratno odkrivanje in znanstvena sodelovanja med opazovalnicami, kot sta Advanced LIGO in Advanced Devica, omogočajo neverjetno raven občutljivosti in izmenjave podatkov.
Prej je bilo potrjenih sedem takih dogodkov, od katerih je šest nastalo zaradi združitve binarnih črnih lukenj (BBH) in enega z združitvijo binarne nevtronske zvezde. Toda v soboto, 1. decembra, je skupina znanstvenikov Znanstvenega sodelovanja LIGO (LSC) in Sodelovanja Device predstavila nove rezultate, ki so nakazali odkritje štirih dogodkov gravitacijskega valovanja. S tem je skupno število zaznanih GW dogodkov v zadnjih treh letih enajst.
Predstavitev z naslovom »Binarne lastnosti populacije v črni luknji iz prvega in drugega koraka opazovanja naprednega LIGO in napredne Device« je bila narejena med delavnico fizike in astronomije gravitacijskega vala 2018 (GWPAW) - ki je potekala od 1. decembra do decembra 4. na univerzi v Marylandu.
Ta vsakoletni dogodek, ki ga gosti Skupni vesoljsko-znanstveni inštitut (JSI), partnerstvo med univerzo Maryland in NASA-inim Goddardovim vesoljskim centrom, združuje znanstvenike in raziskovalce z vsega sveta, da bi razpravljali o trenutnih in prihodnjih vprašanjih, povezanih z odkrivanjem in študija gravitacijskih valov.
Med predstavitvijo je Michael Pürrer - višji znanstvenik v oddelku za astrofizično in kozmološko relativnost v AEI Potsdam - v soboto v imenu znanstvenega sodelovanja LIGO in sodelovanja z devicami predstavil rezultate prvega kataloga na GWPAW. Sem spadajo sedem predhodno odkritih dogodkov in štiri nedavna odkritja. Kot je dejal med predstavitvijo:
»V tem katalogu predstavljamo temeljito analizo vseh 11 zaznav gravitacijskih valov, ki jih najdemo v O1 in O2. Zanašamo se na najsodobnejše modele gravitacijskega valovanja, ki ga oddajajo ti kataklizmični dogodki, da sklepamo na maso, vrtenje in plimske deformabilnosti dvojišč. Zelo sem ponosen, da sem bil del tega izjemnega prizadevanja pri znanstvenem sodelovanju LIGO in sodelovanju z devicami. "
Novi dogodki, ki so bili rezultat združitev BBH, so označeni z GW170729, GW170809, GW170818 in GW170823 na podlagi datumov, ko so bili odkriti. Vsi štirje so bili odkriti med drugim opazovalnim postopkom (O2) med sodelovanjem LIGO in VIRGO, ki je trajal od 30. novembra 2016 do 25. avgusta 2017.
Alessandra Buonanno, direktor oddelka za astrofizično in kozmološko relativnost na AEI-Potsdam in profesor College Park na univerzi v Marylandu, je veliko prispevala k tem nedavnim najdbam. Kot je navedla v nedavnem sporočilu za javnost AEI:
»Najsodobnejši modeli valov, napredna obdelava podatkov in boljše umerjanje instrumentov so nam omogočili natančnejše sklepanje o astrofizičnih parametrih predhodno napovedanih dogodkov. Veselim se naslednjega opazovalnega teka spomladi 2019, kjer bomo pričakovali več kot dve združitvi črnih lukenj na mesec zbranih podatkov! "
Glede na rezultate ekipe opaženi BBH-ji obsegajo široko paleto sestavnih mas, od 7,6 do 50,6 sončne mase. Ugotovili so tudi, da je v dveh od BBH (GW151226 in GW170729) zelo verjetno, da se vrti vsaj ena od črnih lukenj. Najpomembneje pa je, da so nova odkritja postavila dva nova rekorda v preučevanju GW.
Na primer, dogodek, znan kot GW170818, je bil na nebu z natančno natančnostjo na severni nebesni polobli opazovalnic LIGO in Device. Pravzaprav so ga identificirali z natančnostjo 39 kvadratnih stopinj (195-krat večjo od navidezne velikosti polne lune), zaradi česar je bil do zdaj najbolje lokaliziran BBH.
Poleg tega je bil dogodek, znan kot GW170729, najbolj množičen in oddaljen vir gravitacijskih valov do zdaj. Poleg združitve para s črno luknjo, ki je imela skupno maso več kot 50-krat večjo od Sončeve, se je združitev zgodila pred 5 milijardami let in sprostila ekvivalent skoraj petih sončnih mas v obliki gravitacijskega sevanja.
Če pogledamo naprej, si ekipa upa, da bo med tretjim opazovalnim ciklom naprednih LIGO in Devic, ki naj bi se začel v začetku leta 2019. izvedli več odkritij. Ta tek bo koristila nadaljnjim nadgraditvam občutljivosti na LIGO in Devico ter vključitev opazovalnega ura za opazovanje gravitacijskega valovanja Kamioka (KAGRA) na Japonskem (po možnosti proti koncu O3).
Kot je povedala Karsten Danzmann, direktorica oddelka za lasersko interferometrijo in astronomijo gravitacijske valove v AEI-Hannover, je izrazila:
"Vesel sem, da so številne napredne tehnologije detektorjev, razvite na našem detektorju GEO600, pripomogle k temu, da je delovanje O2 tako občutljivo in da bo v O3 v LIGO in Devici zaposlena še ena tehnologija, ki je bila vpeta v GEO600, stisnjena svetloba."
S temi nadgradnjami in dodatkom KAGRA se v prihodnjih letih pričakuje več deset dogodkov GW, ki so posledica združitve binarnih sistemov. Ti najnovejši rezultati ponujajo tudi nadaljnjo potrditev instrumentov opazovalnic LIGO in Device, pa tudi učinkovitost mednarodnega sodelovanja, ki stoji za njimi.
In z odkrivanjem štirih dodatnih dogodkov GW je število znanstvenikov iz primerov, na podlagi katerih lahko pridobijo vpogled, naraslo za skoraj 50%. S tem bodo lahko izvedeli več o populaciji binarnih sistemov, ki povzročajo dogodke v GW, da ne omenjam hitrosti tovrstnih združitev.
Rezultati iskanj skupine so bili predstavljeni tudi v dveh prispevkih, ki sta se nedavno pojavila na spletu. Prvi članek, „GWTC-1: Katalog kompaktnih dvojiških združitev Gravitacijskega vala kompaktnih binarnih združitev, ki sta ga LIGO in Devica opazovala med prvim in drugim postopkom opazovanja, predstavlja podroben katalog vseh zaznav gravitacijskih valov.
V drugem prispevku, »Binarne lastnosti populacije v črni luknji iz prvega in drugega opazovalnega koraka naprednega LIGO in napredne Device«, so opisane značilnosti združitve populacije črnih lukenj. LIGO financira Nacionalna znanstvena fundacija (NSF), upravljata pa ga Caltech in Massachusetts Institute of Technology (MIT).
