|
Десять новых гравитационных волн обнаружены LIGO
|
|
|
|
За последние семь лет ученые из коллаборации LIGO-Virgo (LVC) обнаружили 90 сигналов гравитационных волн. Гравитационные волны — это возмущения в ткани пространства-времени, которые разбегаются в стороны от катастрофических событий, таких как слияние двойных черных дыр (ЧДД). В наблюдениях за первую половину самого последнего экспериментального запуска, который длился шесть месяцев в 2019 году, коллаборация сообщила о сигналах от 44 событий BBH. Но выбросы скрывались в данных. Расширив поиск, международная группа астрофизиков повторно изучила данные и обнаружила еще 10 слияний черных дыр, все они находятся за пределами порога обнаружения первоначального анализа LVC. Новые слияния намекают на экзотические астрофизические сценарии, которые на данный момент можно изучать только с помощью гравитационно-волновой астрономии.
|
|
|
|
«Благодаря гравитационным волнам мы начинаем наблюдать большое разнообразие черных дыр, которые слились за последние несколько миллиардов лет», — говорит физик Сет Олсен, доктор философии. кандидат в Принстонском университете, который руководил новым анализом. По его словам, каждое наблюдение способствует нашему пониманию того, как формируются и развиваются черные дыры, и ключом к их распознаванию является поиск эффективных способов отделения сигналов от шума. Олсен расскажет, как его группа обнаружила слияния 11 апреля во время сессии на апрельском собрании APS 2022. Он также ответит на вопросы СМИ во время онлайн-пресс-конференции 10 апреля в 10:00 по восточноевропейскому времени.
|
|
|
Примечательно, что наблюдения включали явления как больших, так и малых черных дыр, заполняя предсказанные пробелы в спектре масс черных дыр, где было обнаружено несколько источников. Большинство моделей ядерной физики предполагают, что звезды не могут коллапсировать в черные дыры с массой примерно в 50–150 раз больше массы Солнца. «Когда мы находим черную дыру в этом диапазоне масс, это говорит нам о том, что в истории формирования системы есть нечто большее, — говорит Олсен, — поскольку существует большая вероятность того, что черная дыра с большим разрывом массы является продуктом предыдущего слияние».
|
|
|
|
Модели ядерной физики также предполагают, что звезды с массой менее чем в два раза больше солнечной становятся нейтронными звездами, а не черными дырами, но почти все наблюдаемые черные дыры более чем в пять раз превышают массу Солнца. Наблюдения за маломассивными слияниями могут помочь преодолеть разрыв между нейтронными звездами и самыми легкими из известных черных дыр. По словам Олсена, как для верхней, так и для нижней массовой щели уже было обнаружено небольшое количество черных дыр, но новые результаты показывают, что эти типы систем встречаются чаще, чем мы думали.
|
|
|
|
Новые результаты также включают в себя систему, которую ученые никогда раньше не видели: тяжелая черная дыра, вращающаяся в одном направлении, поглощает гораздо меньшую черную дыру, которая вращалась вокруг нее в противоположном направлении. «Вращение более тяжелой черной дыры не совсем направлено против орбиты, — говорит Олсен, — а скорее наклонено где-то между боком и вверх ногами, что говорит нам о том, что эта система может появиться из интересной субпопуляции слияний ЧД, где углы между орбитами ЧДД и вращениями черной дыры все случайны».
|
|
|
|
Идентификация событий, таких как слияния черных дыр, требует стратегии, которая может отличать значимые сигналы от фонового шума в данных наблюдений. Это мало чем отличается от приложений для смартфонов, которые могут анализировать музыку, даже если она воспроизводится в шумном общественном месте, и идентифицировать воспроизводимую песню. Точно так же, как такое приложение сравнивает музыку с базой данных шаблонов или частотными сигналами известных песен, программа для поиска гравитационных волн сравнивает данные наблюдений с каталогом известных событий, таких как слияния черных дыр.
|
|
|
|
Чтобы найти 10 дополнительных событий, Олсен и его сотрудники проанализировали данные LVC, используя «конвейер IAS», метод, впервые разработанный в Институте перспективных исследований и возглавляемый астрофизиком из Принстона Матиасом Залдарриагой. Конвейер IAS имеет два важных отличия от конвейеров, используемых LVC. Во-первых, он включает расширенный анализ данных и численные методы для улучшения обработки сигналов и вычислительной эффективности конвейеров LVC. Во-вторых, он использует статистическую методологию, которая жертвует некоторой чувствительностью к источникам, которые подходы LVC, скорее всего, найдут, чтобы получить чувствительность к источникам, которые подходы LVC, скорее всего, пропустят, например быстро вращающиеся черные дыры.
|
|
|
|
Ранее Залдарриага и его команда использовали конвейер IAS для анализа данных из более ранних запусков LVC и аналогичным образом идентифицировали слияния черных дыр, которые были пропущены при первом анализе. По словам Олсена, с вычислительной точки зрения невозможно смоделировать всю Вселенную или даже ошеломляюще широкий спектр способов образования черных дыр. Но такие инструменты, как конвейер IAS, по его словам, «могут заложить основу для еще более точных моделей в будущем».
|
|
|
|
Источник
|
