11 lutego 2016 r. Naukowcy z Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ogłosili pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych. Rozwój ten, który potwierdził prognozę poczynioną sto lat temu przez Teorię ogólnej teorii względności Einsteina, otworzył nowe możliwości badań kosmologom i astrofizykom. Od tego czasu dokonano większej liczby wykrytych przypadków, o których mówiono, że są wynikiem połączenia czarnych dziur.
Najnowsze wykrycie miało miejsce 14 sierpnia 2017 r., Kiedy trzy obserwatoria - Advanced LIGO i Advanced Virgo - jednocześnie wykryły fale grawitacyjne powstałe w wyniku połączenia czarnych dziur. Po raz pierwszy fale grawitacyjne zostały wykryte przez trzy różne obiekty z całego świata, zapoczątkowując nową erę globalnie połączonych badań nad tymi zjawiskami kosmicznymi.
Badanie, które szczegółowo opisało te obserwacje, zostało niedawno opublikowane online przez LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration. Badanie zatytułowane „GW170814: Obserwacja trzech detektorów fal grawitacyjnych z binarnej koalescencji czarnej dziury” zostało również zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie naukowym Listy z przeglądu fizycznego.
Wydarzenie, oznaczone jako GW170814, zostało zaobserwowane o 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) 14 sierpnia 2017 r. Zdarzenie zostało wykryte przez dwa LIGO National Science Foundation detektory (znajdujące się w Livingston w Luizjanie i Hanford w Waszyngtonie) oraz detektor Virgo znajdujący się w pobliżu Pizy we Włoszech - który jest utrzymywany przez National Center for Scientific Research (CNRS) i National Institute for Nuclear Physics (INFN).
Chociaż nie jest to pierwszy przypadek wykrycia fal grawitacyjnych, po raz pierwszy zdarzenie zostało wykryte przez trzy obserwatoria jednocześnie. Jak powiedziała France Córdova, dyrektor NSF w najnowszym komunikacie prasowym LIGO:
„Niecałe półtora roku temu NSF ogłosiło, że obserwatorium fal interferometru laserowego po raz pierwszy wykryło fale grawitacyjne, które było wynikiem zderzenia dwóch czarnych dziur w galaktyce odległej o miliard lat świetlnych. Dziś z przyjemnością ogłaszamy pierwsze odkrycie dokonane w partnerstwie między obserwatorium fal grawitacyjnych w Pannie i współpracą naukową LIGO, po raz pierwszy obserwowane wykrywanie fali grawitacyjnej przez te obserwatoria, oddalone o tysiące mil od siebie. To ekscytujący kamień milowy w rosnących międzynarodowych wysiłkach naukowych mających na celu odkrycie niezwykłych tajemnic naszego wszechświata. ”
Na podstawie wykrytych fal, LIGO Scientific Collaboration (LSC) i współpraca Virgo były w stanie określić rodzaj zdarzenia, a także masę zaangażowanych obiektów. Według ich badań wydarzenie zostało wywołane przez połączenie dwóch czarnych dziur - odpowiednio 31 i 25 mas Słońca. Wydarzenie to odbyło się około 1,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi i zaowocowało powstaniem wirującej czarnej dziury z około 53 masami słonecznymi.
Oznacza to, że około trzy masy Słońca zostały przekształcone w energię fali grawitacyjnej podczas połączenia, które następnie zostało wykryte przez LIGO i Pannę. Choć samo w sobie imponujące, to ostatnie wykrycie jest jedynie próbką tego, co detektory fal grawitacyjnych, takie jak współpraca LIGO i Virgo, mogą teraz zrobić, gdy weszły w swoje zaawansowane stadia i współpracują ze sobą.
Zarówno Advanced LIGO, jak i Advanced Virgo to detektory fal grawitacyjnych drugiej generacji, które przejęły od poprzednich. Obiekty LIGO, które zostały zaprojektowane, zbudowane i są obsługiwane przez Caltech i MIT, zbierały dane bezskutecznie w latach 2002-2010. Jednak od września 2015 r. Advanced LIGO przeszedł do trybu online i zaczął prowadzić dwie obserwacje - O1 i O2.
Tymczasem oryginalny wykrywacz Panny przeprowadził obserwacje między 2003 r. A październikiem 2011 r., Po raz kolejny bez powodzenia. Do lutego 2017 r. Rozpoczęła się integracja wykrywacza Advanced Virgo, a instrumenty zostały uruchomione online do następnego kwietnia. W 2007 r. Virgo i LIGO współpracowały również w celu udostępniania i wspólnej analizy danych zarejestrowanych przez ich odpowiednie detektory.
W sierpniu 2017 r. Detektor Virgo dołączył do cyklu O2, a 14 sierpnia miało miejsce pierwsze jednoczesne wykrycie, a wszystkie dane zgromadziły wszystkie trzy aparaty LIGO i Virgo. Jak wskazał rzecznik LSC David Shoemaker - badacz z Massachusetts Institute of Technology (MIT) - wykrycie to jest tylko pierwszym z wielu przewidywanych zdarzeń.
„To dopiero początek obserwacji z siecią umożliwiającą współpracę Panny i LIGO” - powiedział. „Po kolejnym biegu obserwacji zaplanowanym na jesień 2018 r. Możemy spodziewać się takich wykrywalności co tydzień lub nawet częściej”.
Oznacza to nie tylko, że naukowcy będą mieli lepszy widok na wykrywanie przyszłych zdarzeń, ale będą też w stanie precyzyjnie je zlokalizować. W rzeczywistości oczekuje się, że przejście z sieci z dwoma wykrywaczami do trzech detektorów zwiększy prawdopodobieństwo wskazania źródła GW170814 przez fabrykę 20. Obszar nieba dla GW170814 ma zaledwie 60 stopni kwadratowych - ponad 10 razy mniejszy niż z danymi z samych interferometrów LIGO.
Ponadto dzięki temu partnerstwu skorzystano również z dokładności pomiaru odległości do źródła. Jak wyjaśniła Laura Cadonati, profesor Georgia Tech i zastępca rzecznika LSC:
„Ta zwiększona precyzja pozwoli całej społeczności astrofizycznej na dokonanie jeszcze bardziej ekscytujących odkryć, w tym obserwacji wielu posłańców. Mniejszy obszar poszukiwań umożliwia obserwacje za pomocą teleskopów i satelitów pod kątem wydarzeń kosmicznych, które wytwarzają fale grawitacyjne i emisje światła, takie jak zderzenie gwiazd neutronowych. ”
Ostatecznie wprowadzenie większej liczby detektorów do sieci fali grawitacyjnej pozwoli również na bardziej szczegółowe sprawdzenie teorii ogólnej teorii względności Einsteina. David H. Reitze z Caltech, dyrektor wykonawczy LIGO Laboratory, również pochwalił nowe partnerstwo i to, na co pozwoli.
„Dzięki temu pierwszemu wspólnemu wykryciu przez zaawansowane detektory LIGO i Virgo zrobiliśmy krok dalej w kosmos fali grawitacyjnej” - powiedział. „Panna wnosi nową, potężną zdolność do wykrywania i lepszego lokalizowania źródeł fal grawitacyjnych, która niewątpliwie doprowadzi do ekscytujących i nieoczekiwanych wyników w przyszłości.”
Badanie fal grawitacyjnych jest dowodem rosnącego potencjału światowych zespołów naukowych i nauki o interferometrii. Przez dziesięciolecia istnienie fal grawitacyjnych było jedynie teorią; a na przełomie wieków wszystkie próby ich wykrycia nic nie dały. Ale w ciągu ostatnich osiemnastu miesięcy dokonano wielu detekcji, a w nadchodzących latach spodziewane są dziesiątki kolejnych.
Co więcej, dzięki nowej globalnej sieci oraz ulepszonym instrumentom i metodom, wydarzenia te z pewnością powiedzą nam wiele o naszym Wszechświecie i rządzącej nim fizyce.
