Gravitatsioonilainete vaatluskeskuste kott neli musta auguga kokkupõrget

LIGO ja Neitsi andmete kordusanalüüs toob gravitatsioonilaine tuvastuste arvu 11-ni, sealhulgas kaugeim ja võimsaim seni avastatud musta augu ühinemine.

Selle kunstniku illustratsioonis sulanduvad kaks musta auku.
LIGO / Caltech / MIT / Aurore Simonnet (Sonoma osariik)

Umbes 5 miljardit aastat tagasi kaugel asuvas galaktikas varisesid kokku kaks tohutut musta auku, mille mass oli 34 ja 51 päikesemassi, ja need ühinesid 80 päikeseenergiaga koletiseks. Dramaatiline sündmus vallandas 5 päikesemassi energiaekvivalendi võimsate gravitatsiooniliste lainete kujul, mis levivad läbi kosmose valguse kiirusel. 29. juulil 2017 jõudsid need kosmoseaegsed pisikesed laperdused - mida üle sajandi tagasi ennustas Albert Einstein - Maale, kus neid tuvastasid kõige täpsemad mõõteseadmed, mille inimesed kunagi on ehitanud.

GW170729, nagu nimetatakse gravitatsioonilise laine signaaliks, on kõige kaugem ja võimsaim neljast uuest sündmusest, mis tuvastati kahe USA LIGO detektori (Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory) ja neitsidetektori olemasolevatel vaatlustel Itaalias. Kahe esimese vaatlustsükli ajal, aastatel 2015 ja 2017, märkas LIGO veel seitset sündmust, millest ka kaks olid Virgo poolt „tunnetatavad“ 2017. aasta augusti 3, 5 nädala jooksul, kui Euroopa instrument töötas paralleelselt LIGO-ga. Kõigi olemasolevate andmete põhjalik uuesti analüüs, mis esitati 1. detsembril Marylandis toimunud gravitatsioonilainete konverentsil ja avaldati veebis astronoomia eeltrükisaidil arXiv.org 30. novembril, on nüüd leidnud veel neli sündmust, tuues kokku 11 Ülejäänud kolm uut on tähistatud GW170809, GW170818 ja GW170823.

Avastuspaberi kirjutanud meeskonna kaasesimehe Patricia Schmidti (Hollandi Radboudi ülikool) sõnul aitavad uued leiud iseloomustada binaarsete mustade aukude asustusomadusi ning nende kokkupõrgete ja ühinemiste sagedust. Eelkõige soovivad astronoomid rohkem teada saada tähemassiga mustade aukude massjaotusest - supernoova plahvatuste jääkidest. Näiteks GW170729 kujutab midagi saladust, kuna olemasolevatel tähe evolutsioonimudelitel on probleeme mustade aukude tekitamisega, mis on heterossiivsemad kui 50 päikese massi.

Uute avastustega ei pruugi esialgsete vaatlusradade saak veel lõpule jõuda, ütles füüsik Jo van den Brand (Hollandi Riiklik Subatomaatilise Füüsika Instituut, Amsterdam), kes on Euroopa neitsi koostöö eestkõneleja. Lisaks neljale uuele statistiliselt olulisele leiule on LIGO / Virgo koostöö avaldanud 14 marginaalse sündmuse kandidaadi nimekirja ja 2019. aasta veebruaris avaldatakse kõik andmed avalikult. „Välised rühmad võivad ka andmetest midagi huvitavat leida, ” ütleb van den Brand.

Kaaspaberis kasutab meeskond olemasolevaid tähelepanekuid, et näidata binaarsete mustade aukude ühinemiskiirust vahemikus 10–100 ühinemist kuupmeetri gigaparseci kohta (3, 5 x 10 28 kuupmeetrit valgusaastat) aastas ja see arv näib suurenevat suureneva punanihkega (vahemaa) - täpselt seda, mida võiks oodata, arvestades asjaolu, et kosmiliste tähtede moodustumise kiirus oli minevikus palju suurem kui praegu. Kuid tulemused on kooskõlas ka kiirusega, mis on ühtlane kogu kosmilise aja jooksul.

Praegu täiendatakse kõiki kolme gravitatsioonilaine detektorit uue samaaegse vaatlustsükli jaoks. "Kui LIGO ja Neitsi jätkavad vaatlusi 2019. aasta [märtsi lõpus], avastame kahtlemata palju rohkem binaarseid musta augu ühinemisi, " ütleb LIGO tegevdirektor David Reitze (Caltech). Arvestades instrumentide paremat tundlikkust, loodavad teadlased leida keskmiselt vähemalt ühe sündmuse nädalas. Nagu LIGO pressiesindaja David Shoemaker (MIT) märgib, on see "uskumatult põnev aeg".

Sellel graafikul on kujutatud LIGO / Neitsi tuvastatud kümne musta augu ühinemise massid (sinine). Näidatud on ka teadaolevate massidega neutronitähed (kollane) ja binaarse neutrontähtede ühinemise GW170817 (oranž) komponendimassid. Röntgenuuringutest teadaolevad mustade aukude massid on näidatud lillaga.
LIGO / VIrgo / Loode-Univ. / Frank Elavsky

Viited:

LIGO teaduskoostöö ja neitsikoostöö. "GWTC-1: LIGO ja Neitsi poolt esimese ja teise vaatlustsükli jooksul täheldatud kompaktsete binaarsete ühinemiste gravitatsioonilaine üleminekukataloog." arXiv.org. 30. november 2018.

LIGO teaduskoostöö ja neitsikoostöö. "Binaarsed musta augu elanikkonna omadused, mis tulenevad arenenud LIGO ja arenenud neitsi esimesest ja teisest vaatluskäigust." arXiv.org. 30. november 2018.


Toimetaja märkus (14. jaanuar 2019): Toimetatud lisades, et kuigi näib, et binaarsete musta auguga ühinemiste arv suureneb vahemaaga, vastavad tulemused ka ühtlasele ühinemismäärale kosmilise aja jooksul.