Den første deteksjonen av gravitasjonsbølger (som fant sted i september 2015) utløste en revolusjon innen astronomi. Ikke bare bekreftet denne hendelsen en teori forutsagt av Einsteins teori om generell relativitet et århundre før, den innledet også en ny epoke der fusjonene av fjerne sorte hull, supernovaer og nøytronstjerner kunne studeres ved å undersøke deres resulterende bølger.
I tillegg har forskere teoretisert at fusjon av svart hull faktisk kan være mye mer vanlig enn tidligere antatt. I følge en ny studie utført av par forskere fra Monash University, skjer disse sammenslåingene hvert eneste minutt. Ved å lytte til bakgrunnsstøyen fra Universet, hevder de, kunne vi finne bevis på tusenvis av tidligere uoppdagede hendelser.
Studien deres, med tittelen “Optimal søk etter en astrofysisk gravitasjonsbølgebakgrunn”, dukket nylig opp i tidsskriftet Fysisk gjennomgang X. Studien ble utført av henholdsvis Rory Smith og Eric Thrane, en foreleser og en stipendiat ved Monash University. Begge forskerne er også medlemmer av ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Som de oppgir i studien, hvert 2. til 10. minutt, smelter et par svarte hull i stjernemasse et sted i universet. En liten brøkdel av disse er store nok til at den resulterende gravitasjonsbølgebegivenheten kan oppdages av avanserte instrumenter som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory og Virgo observatorium. Resten bidrar imidlertid til en slags stokastisk bakgrunnsstøy.
Ved å måle denne støyen kan forskere kanskje studere mye mer i veien for hendelser og lære mye mer om gravitasjonsbølger. Som Dr Thrane forklarte i en pressemelding fra Monash University:
"Måling av gravitasjonsbølgebakgrunnen vil tillate oss å studere populasjoner av sorte hull i store avstander. En dag kan teknikken gjøre det mulig for oss å se gravitasjonsbølger fra Big Bang, gjemt bak gravitasjonsbølger fra sorte hull og nøytronstjerner. ”
Dr Smith og Thrane er ingen amatører når det gjelder studiet av gravitasjonsbølger. I fjor var de begge involvert i et stort gjennombrudd, der forskere fra LIGO Scientific Collaboration (LSC) og Virgo Collaboration målte gravitasjonsbølger fra et par fusjonerende nøytronstjerner. Dette var første gang det ble observert en nøytronstjernefusjon (også kjent som en kilonova) i både gravitasjonsbølger og synlig lys.
Paret var også en del av Advanced LIGO-teamet som gjorde den første deteksjonen av gravitasjonsbølger i september 2015. Til dags dato er seks bekreftede gravitasjonsbølgebeventer bekreftet av LIGO og Virgo Collaborations. Men ifølge dr. Thrane og Smith, kan det være så mange som 100 000 hendelser hvert år som disse detektorene rett og slett ikke er utstyrt for å håndtere.
Disse bølgene er det som kommer sammen for å skape en gravitasjonsbølgebakgrunn; og mens de enkelte hendelsene er for subtile til å bli oppdaget, har forskere forsøkt å utvikle en metode for å oppdage den generelle støyen i årevis. Stoler på en kombinasjon av datasimuleringer av svake sorte hullsignaler og masser av data fra kjente hendelser, Dr. Thrane og Smith hevder å ha gjort nettopp det.
Fra dette var paret i stand til å produsere et signal innenfor de simulerte dataene som de mener er bevis på svake fusjoner i svart hull. Når vi ser fremover, håper dr. Thrane og Smith å bruke sin nye metode på ekte data, og er optimistiske til at de vil gi resultater. Forskerne vil også ha tilgang til den nye OzSTAR-superdatamaskinen, som ble installert forrige måned ved Swinburne University of Technology for å hjelpe forskere med å lete etter gravitasjonsbølger i LIGO-data.
Denne datamaskinen er forskjellig fra de som brukes av LIGO-samfunnet, som inkluderer superdatamaskiner på CalTech og MIT. I stedet for å stole på mer tradisjonelle sentrale prosesseringsenheter, bruker OzGrav grafiske prosessorenheter - som kan være hundrevis av ganger raskere for noen applikasjoner. I følge professor Matthew Bailes, direktør for OzGRav superdatamaskin:
"Den er 125 000 ganger kraftigere enn den første superdatamaskinen jeg bygde på institusjonen i 1998 ... Ved å utnytte kraften til GPU-er har OzStar potensial til å gjøre store funn i gravitasjonsbølgerastronomi."
Det som har vært spesielt imponerende med studiet av gravitasjonsbølger, er hvordan det har kommet så raskt. Fra den første oppdagelsen i 2015 har forskere fra Advanced LIGO og Virgo nå bekreftet seks forskjellige hendelser og forventer å oppdage mange flere. På toppen av det kommer astrofysikere til og med med måter å bruke gravitasjonsbølger for å lære mer om de astronomiske fenomenene som forårsaker dem.
Alt dette ble muliggjort takket være forbedringer i instrumentering og voksende samarbeid mellom observatorier. Og med mer sofistikerte metoder designet for å sile gjennom arkivdata for tilleggssignaler og bakgrunnsstøy, lærer vi mye mer om denne mystiske kosmiske kraften.
