Den 11. februar 2016 gjorde forskere ved Laser Interferometer Gravitations-Wave Observatory (LIGO) historie, da de annoncerede den første nogensinde påvisning af gravitationsbølger (GWs). Siden den tid har adskillige detektioner fundet sted, og videnskabeligt samarbejde mellem observatorier - som Advanced LIGO og Advanced Virgo - giver mulighed for enestående niveauer af følsomhed og datadeling.
Tidligere var syv sådanne begivenheder blevet bekræftet, hvoraf seks var forårsaget af fusioner af binære sorte huller (BBH) og en af fusionen af en binær neutronstjerne. Men lørdag den 1. december præsenterede et team af videnskabsfolk LIGO Scientific Collaboration (LSC) og Virgo Collaboration nye resultater, der indikerede opdagelsen af fire flere gravitationsbølgebegivenheder. Dette bringer det samlede antal GW-begivenheder, der er påvist i de sidste tre år, til elleve.
Præsentationen, med titlen "Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", blev foretaget under 2018 Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) - der fandt sted fra 1. december til dec. 4. fjerde ved University of Maryland.
Hostet af Joint Space-Science Institute (JSI), et partnerskab mellem University of Maryland og NASA's Goddard Space Flight Center, bringer denne årlige begivenhed forskere og forskere fra hele verden sammen for at diskutere aktuelle og fremtidige problemer i forbindelse med opdagelse og undersøgelse af gravitationsbølger.
I løbet af præsentationen præsenterede Michael Pürrer - en seniorforsker i Astrophysical og Cosmological Relativity i AEI Potsdam - lørdag resultaterne af det første katalog på GWPAW på vegne af LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Disse omfattede de syv tidligere opdagede begivenheder og de fire nylige opdagelser. Som han sagde under præsentationen:
”I dette katalog præsenterer vi en grundig analyse af alle 11 gravitationsbølgedetektioner fundet i O1 og O2. Vi er afhængige af avancerede modeller af den tyngdepunktbølgeform, der udsendes fra disse kataklysmiske begivenheder for at udlede binariernes masser, spins og tidevandsdeformabiliteter. Jeg er meget stolt over at have været en del af denne enestående indsats fra LIGO videnskabeligt samarbejde og jomfrusamarbejde. ”
De nye begivenheder, der alle var resultatet af BBH-fusioner, er betegnet GW170729, GW170809, GW170818 og GW170823 baseret på de datoer, hvorpå de blev fundet. Alle fire blev påvist under LIGO- og VIRGO-samarbejdets andet observationsløb (O2), som varede fra 30. november 2016 til 25. august 2017.
Alessandra Buonanno, direktøren for Astrophysical and Cosmological Relativity divisionen ved AEI-Potsdam og College Park-professoren ved University of Maryland, var en stor bidragyder til disse nylige fund. Som hun anførte i en nylig AEI-pressemeddelelse:
”Avancerede bølgeformmodeller, avanceret databehandling og bedre kalibrering af instrumenterne har gjort det muligt for os at udlede astrofysiske parametre for tidligere annoncerede begivenheder mere præcist. Jeg ser frem til det næste observationsløb i foråret 2019, hvor vi forventer at opdage mere end to sorte hulfusioner pr. Måned med indsamlede data! ”
Ifølge teamets resultater spænder de observerede BBH'er over en lang række komponentmasser fra 7,6 til 50,6 solmasser. De har også fundet, at det i to af BBH'erne (GW151226 og GW170729) er meget sandsynligt, at mindst et af de sorte huller snurrer. Men vigtigst af alt, de nye detektioner satte to nye rekorder i undersøgelsen af GW'er.
F.eks. Var begivenheden kendt som GW170818 lokaliseret på himlen med nøjagtighed i den nordlige himmelhalvdel af LIGO og Virgo observatorierne. Faktisk blev det identificeret med en præcision på 39 kvadratgrader (195 gange fuldmåneens tilsyneladende størrelse), hvilket gør det til den bedst lokaliserede BBH til dato.
Derudover var begivenheden, der er kendt som GW170729, den mest massive og fjerne tyngdepunktkøllekilde, der er observeret til dato. Ud over at involvere et sort hulpar, der havde en kombineret masse mere end 50 gange solen, fusionen fandt sted for 5 milliarder år siden og frigav det svarende til næsten fem solmasser i form af gravitationsstråling.
Når vi ser fremad, håber teamet at gøre flere opdagelser i løbet af det tredje observationsløb (O3) af Advanced LIGO og Virgo, som er planlagt at starte i begyndelsen af 2019. Dette løb vil drage fordel af yderligere følsomhedsopgraderinger til LIGO og Virgo samt inkludering af Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) observatorium i Japan (muligvis mod slutningen af O3).
Som Karsten Danzmann, direktøren for divisionen Laserinterferometri og gravitationsbølge Astronomi ved AEI-Hannover, udtrykte:
”Jeg er glad for, at mange af de avancerede detektorteknologier, der er udviklet på vores GEO600-detektor, har bidraget til at gøre O2-kørslen så følsom, og at der i O3 vil blive anvendt en anden teknologi, der er banebrydende ved GEO600, presset lys, i LIGO og Virgo.”
Med disse opgraderinger og tilføjelsen af KAGRA forventes mange snesevis af GW-hændelser som følge af fusionen af binære systemer i de kommende år. Disse seneste resultater tilbyder også yderligere validering af LIGO- og Virgo-observatoriets instrumenter samt effektiviteten af det internationale samarbejde bag dem.
Og med påvisning af yderligere fire GW-begivenheder er antallet af casestudier, som forskere kan trække indsigt fra, vokset med næsten 50%. Dermed vil de være i stand til at lære mere om populationen af binære systemer, der forårsager GW-begivenheder, for ikke at nævne den hastighed, hvormed disse typer fusioner finder sted.
Resultaterne af holdets søgninger blev også præsenteret i to papirer, der for nylig blev vist online. Det første papir, “GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalogue of Compact Binære Fusioner observeret af LIGO og Jomfru under første og anden observationsløb, præsenterer et detaljeret katalog over alle gravitationsbølgedetektioner.
Det andet papir, "Binary Black Hole Population Properties Aferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", beskriver egenskaberne ved den fusionerende sorte hulpopulation. LIGO finansieres af National Science Foundation (NSF) og drives af Caltech og Massachusetts Institute of Technology (MIT).
