Pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych (które miało miejsce we wrześniu 2015 r.) Wywołało rewolucję w astronomii. To wydarzenie nie tylko potwierdziło teorię przewidywaną przez Teorię Ogólnej Teorii Względności Einsteina sprzed stu lat, ale zapoczątkowało także nową erę, w której można było badać połączenia odległych czarnych dziur, supernowych i gwiazd neutronowych, badając ich powstałe fale.
Ponadto naukowcy wysnuli teorię, że połączenia czarnych dziur mogą być o wiele bardziej powszechne niż wcześniej sądzono. Według nowego badania przeprowadzonego przez parę naukowców z Monash University, połączenia te następują co kilka minut. Twierdzą, że słuchając szumu Wszechświata w tle, mogliśmy znaleźć dowody tysięcy wcześniej niewykrytych zdarzeń.
Ich badanie, zatytułowane „Optymalne poszukiwanie tła astrofizycznego fali grawitacyjnej”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Przegląd fizyczny X. Badanie zostało przeprowadzone odpowiednio przez Rory Smith i Erica Thrane'a, starszego wykładowcę i pracownika naukowego na Uniwersytecie Monash. Obaj badacze są również członkami ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Jak twierdzą w swoich badaniach, co 2 do 10 minut para czarnych dziur o masie gwiazdowej łączy się gdzieś we Wszechświecie. Ich niewielka część jest na tyle duża, że powstałe zjawisko fali grawitacyjnej można wykryć za pomocą zaawansowanych instrumentów, takich jak laserowy interferometr, obserwatorium fal grawitacyjnych i obserwatorium Virgo. Reszta przyczynia się jednak do pewnego rodzaju stochastycznego hałasu w tle.
Mierząc ten hałas, naukowcy mogą być w stanie zbadać znacznie więcej zdarzeń i dowiedzieć się znacznie więcej o falach grawitacyjnych. Jak wyjaśnił dr Thrane w oświadczeniu prasowym Uniwersytetu Monash:
„Pomiar tła fali grawitacyjnej pozwoli nam badać populacje czarnych dziur na duże odległości. Pewnego dnia ta technika może pozwolić nam zobaczyć fale grawitacyjne z Wielkiego Wybuchu, ukryte za falami grawitacyjnymi z czarnych dziur i gwiazd neutronowych. ”
Dr Smith i Thrane nie są amatorami, jeśli chodzi o badania fal grawitacyjnych. W ubiegłym roku obaj byli zaangażowani w wielki przełom, w którym naukowcy z LIGO Scientific Collaboration (LSC) i Virgo Collaboration zmierzyli fale grawitacyjne z pary łączących się gwiazd neutronowych. Po raz pierwszy zaobserwowano połączenie gwiazdy neutronowej (czyli kilonowej) zarówno w falach grawitacyjnych, jak i świetle widzialnym.
Para ta była również częścią zespołu Advanced LIGO, który dokonał pierwszego wykrycia fal grawitacyjnych we wrześniu 2015 r. Do tej pory sześć potwierdzonych zdarzeń fal grawitacyjnych zostało potwierdzonych przez LIGO i Virgo Collaborations. Ale według dr Thrane i Smitha każdego roku może zdarzyć się nawet 100 000 zdarzeń, których te detektory po prostu nie są w stanie obsłużyć.
Fale te łączą się, tworząc tło fali grawitacyjnej; i chociaż poszczególne zdarzenia są zbyt subtelne, aby je wykryć, naukowcy od lat próbują opracować metodę wykrywania ogólnego hałasu. Opierając się na kombinacji komputerowych symulacji słabych sygnałów czarnej dziury i masie danych ze znanych zdarzeń, Drs. Thrane i Smith twierdzą, że właśnie to zrobili.
Dzięki temu para była w stanie wygenerować sygnał w symulowanych danych, który ich zdaniem jest dowodem słabego połączenia czarnej dziury. Patrząc w przyszłość, dr Thrane i Smith mają nadzieję, że zastosują nową metodę do rzeczywistych danych i są optymistami, że przyniosą wyniki. Naukowcy będą mieli również dostęp do nowego superkomputera OzSTAR, który został zainstalowany w zeszłym miesiącu na Politechnice w Swinburne, aby pomóc naukowcom w poszukiwaniu fal grawitacyjnych w danych LIGO.
Ten komputer różni się od tych używanych przez społeczność LIGO, która obejmuje superkomputery z CalTech i MIT. Zamiast polegać na bardziej tradycyjnych jednostkach centralnych (CPU), OzGrav wykorzystuje procesory graficzne - które mogą być setki razy szybsze w niektórych aplikacjach. Według profesora Matthew Bailesa, dyrektora superkomputera OzGRav:
„Jest 125 000 razy mocniejszy niż pierwszy superkomputer, który zbudowałem w instytucji w 1998 r. Wykorzystując moc procesorów graficznych, OzStar może dokonać wielkich odkryć w astronomii fal grawitacyjnych”.
Szczególnie imponujące w badaniu fal grawitacyjnych jest to, jak szybko się rozwijały. Od pierwszego wykrycia w 2015 r. Naukowcy z Advanced LIGO i Virgo potwierdzili teraz sześć różnych zdarzeń i przewidują wykrycie wielu innych. Co więcej, astrofizycy nawet wymyślają sposoby wykorzystania fal grawitacyjnych, aby dowiedzieć się więcej o zjawiskach astronomicznych, które je powodują.
Wszystko to było możliwe dzięki ulepszeniom oprzyrządowania i rosnącej współpracy między obserwatoriami. Dzięki bardziej wyrafinowanym metodom służącym do przeszukiwania danych archiwalnych w celu uzyskania dodatkowych sygnałów i szumu tła, możemy dowiedzieć się znacznie więcej o tej tajemniczej kosmicznej sile.
