11. februar 2016 gjorde forskere ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historie da de kunngjorde den første deteksjonen av gravitasjonsbølger (GWs) noensinne. Siden den gangen har flere deteksjoner funnet sted og vitenskapelige samarbeid mellom observatorier - som Advanced LIGO og Advanced Virgo - gir mulighet for enestående nivåer av følsomhet og datadeling.
Tidligere hadde syv slike hendelser blitt bekreftet, hvorav seks var forårsaket av sammenslåingen av binære sorte hull (BBH) og en av sammenslåingen av en binær nøytronstjerne. Men lørdag 1. desember presenterte et team av forskere LIGO Scientific Collaboration (LSC) og Virgo Collaboration nye resultater som indikerte oppdagelsen av fire flere gravitasjonsbølgebegivenheter. Dette bringer det totale antallet GW-hendelser som er oppdaget de tre siste årene til elleve.
Presentasjonen, med tittelen “Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo”, ble laget i løpet av 2018 Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) - som fant sted fra 1. desember til des. 4. fjerde ved University of Maryland.
Dette årlige arrangementet blir arrangert av Joint Space-Science Institute (JSI), et partnerskap mellom University of Maryland og NASAs Goddard Space Flight Center, og bringer forskere og forskere fra hele verden sammen for å diskutere aktuelle og fremtidige problemer relatert til påvisning og studie av gravitasjonsbølger.
I løpet av presentasjonen presenterte Michael Pürrer - en seniorforsker i Astrophysical and Cosmological Relativity divisjon ved AEI Potsdam - lørdag resultatene av den første katalogen på GWPAW på vegne av LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Disse inkluderer de syv tidligere oppdagede hendelsene og de fire nylige påvisningene. Som han uttalte under presentasjonen:
"I denne katalogen presenterer vi en grundig analyse av alle 11 gravitasjonsbølgedeteksjoner funnet i O1 og O2. Vi er avhengige av avanserte modeller for gravitasjonsbølgeformen som sendes ut fra disse kataklysmiske hendelsene for å utlede binarienes masser, spinn og tidevannsdeformabiliteter. Jeg er veldig stolt over å ha vært en del av denne enestående innsatsen fra LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. ”
De nye hendelsene, som alle var resultatet av fusjoner med BBH, er betegnet GW170729, GW170809, GW170818 og GW170823 basert på datoene de ble oppdaget. Alle fire ble oppdaget under LIGO og VIRGO andre observasjonsløp (O2), som varte fra 30. november 2016 til 25. august 2017.
Alessandra Buonanno, direktør for Astrophysical and Cosmological Relativity divisjon ved AEI-Potsdam og College Park-professor ved University of Maryland, var en stor bidragsyter til disse nylige funnene. Som hun antydet i en fersk pressemelding fra AEI:
“Moderne bølgeformmodeller, avansert databehandling og bedre kalibrering av instrumentene, har gjort det mulig for oss å utlede astrofysiske parametere for tidligere kunngjorte hendelser mer nøyaktig. Jeg ser frem til neste observasjonsløp våren 2019, der vi forventer å oppdage mer enn to sortehullssammenslåinger per måned med innsamlet data! ”
I følge teamets resultater spenner de observerte BBH-ene et bredt spekter av komponentmasser, fra 7,6 til 50,6 solmasser. De fant også ut at i to av BBH-ene (GW151226 og GW170729) er det veldig sannsynlig at minst ett av de svarte hullene snurrer. Men viktigst av alt, de nye deteksjonene satte to nye rekorder i studien av GW-er.
For eksempel var hendelsen kjent som GW170818 lokalisert på himmelen med presis nøyaktighet på den nordlige himmelkulen av observasjonsorganene LIGO og Virgo. Faktisk ble den identifisert med en presisjon på 39 kvadrat grader (195 ganger den tilsynelatende størrelsen på fullmåne), noe som gjør den til den beste lokaliserte BBH hittil.
I tillegg var hendelsen kjent som GW170729 den mest massive og fjerne gravitasjonsbølgekilden observert til dags dato. I tillegg til å involvere et svart hullpar som hadde en kombinert masse mer enn 50 ganger solen, fant fusjonen sted for 5 milliarder år siden og frigjorde tilsvarer nesten fem solmasser i form av gravitasjonsstråling.
Når vi ser fremover, håper teamet å gjøre flere funn under den tredje observasjonsløpet (O3) av Advanced LIGO og Virgo, som er planlagt å starte i begynnelsen av 2019. Dette løpet vil dra nytte av ytterligere følsomhetsoppgraderinger til LIGO og Virgo, samt inkludering av Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) observatorium i Japan (muligens mot slutten av O3).
Som Karsten Danzmann, direktøren for divisjonen laserinterferometri og gravitasjonsbølgastronomi ved AEI-Hannover, ga uttrykk for:
"Jeg er glad for at mange av de avanserte detektorteknologiene som er utviklet ved vår GEO600-detektor, har bidratt til å gjøre O2-kjøringen så følsom, og at i O3 vil en annen teknologi som ble pioner på GEO600, presset lys, bli ansatt i LIGO og Jomfruen."
Med disse oppgraderingene og tillegg av KAGRA forventes mange titalls GW-hendelser som følge av sammenslåing av binære systemer i løpet av de kommende årene. Disse siste resultatene tilbyr også ytterligere validering av LIGO- og Virgo-observatoriets instrumenter, samt effektiviteten av det internasjonale samarbeidet bak dem.
Og med deteksjonen av ytterligere fire GW-hendelser, har antall casestudier forskere kan trekke innsikt fra vokst med nesten 50%. På den måten vil de kunne lære mer om bestanden av binære systemer som forårsaker GW-hendelser, for ikke å snakke om hvor ofte disse fusjonene skjer.
Resultatene av teamets søk ble også presentert i to artikler som nylig ble vist på nettet. Den første artikkelen, “GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalogue of Compact Binary Fergers Observated by LIGO and Virgo under the First and Second Observing Runs, presenterer en detaljert katalog over alle gravitasjonsbølgedeteksjoner.
Det andre papiret, "Binary Black Hole Population Properties Aferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", beskriver egenskapene til den sammenslående sorte hullpopulasjonen. LIGO er finansiert av National Science Foundation (NSF) og drives av Caltech og Massachusetts Institute of Technology (MIT).
