Στις 11 Φεβρουαρίου 2016, οι επιστήμονες στο Παρατηρητήριο Laser Interferometer Gravitational-Wave (LIGO) έγραψαν ιστορία όταν ανακοίνωσαν την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων (GW). Από τότε, έχουν πραγματοποιηθεί πολλές ανιχνεύσεις και οι επιστημονικές συνεργασίες μεταξύ των παρατηρητηρίων - όπως το Advanced LIGO και το Advanced Virgo - επιτρέπουν άνευ προηγουμένου επίπεδα ευαισθησίας και ανταλλαγής δεδομένων.
Προηγουμένως, επτά τέτοια γεγονότα είχαν επιβεβαιωθεί, έξι από τα οποία προκλήθηκαν από τις συγχωνεύσεις δυαδικών μαύρων οπών (BBH) και ένα από τη συγχώνευση ενός δυαδικού αστεριού νετρονίων. Αλλά το Σάββατο, 1 Δεκεμβρίου, μια ομάδα επιστημόνων, η LIGO Scientific Collaboration (LSC) και η Παρθένος Συνεργασία παρουσίασαν νέα αποτελέσματα που έδειξαν την ανακάλυψη τεσσάρων ακόμη βαρυτικών κυμάτων. Αυτό αυξάνει τον συνολικό αριθμό των συμβάντων GW που εντοπίστηκαν τα τελευταία τρία χρόνια σε έντεκα.
Η παρουσίαση με τίτλο "Binary Black Hole Population Properties from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του εργαστηρίου φυσικής και αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων του 2018 (GWPAW) - που πραγματοποιήθηκε από την 1η Δεκεμβρίου έως τον Δεκέμβριο 4η στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ.
Φιλοξενείται από το Κοινό Ινστιτούτο Διαστημικής-Επιστήμης (JSI), μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ και του Goddard Space Flight Center της NASA, αυτή η ετήσια εκδήλωση φέρνει κοντά επιστήμονες και ερευνητές από όλο τον κόσμο για να συζητήσουν τρέχοντα και μελλοντικά ζητήματα που σχετίζονται με την ανίχνευση και μελέτη βαρυτικών κυμάτων.
Κατά τη διάρκεια της παρουσίασης, ο Michael Pürrer - ανώτερος επιστήμονας στο τμήμα Αστροφυσικής και Κοσμολογικής Σχετικότητας στο AEI Potsdam - παρουσίασε τα αποτελέσματα του πρώτου καταλόγου στο GWPAW το Σάββατο εκ μέρους της LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Αυτά περιελάμβαναν τα επτά συμβάντα που εντοπίστηκαν προηγουμένως και τις τέσσερις πρόσφατες ανιχνεύσεις Όπως δήλωσε κατά τη διάρκεια της παρουσίασης:
«Σε αυτόν τον κατάλογο παρουσιάζουμε μια εμπεριστατωμένη ανάλυση και των 11 ανιχνεύσεων βαρυτικών κυμάτων που βρέθηκαν στα O1 και O2. Βασιζόμαστε σε υπερσύγχρονα μοντέλα της βαρυτικής κυματομορφής που εκπέμπεται από αυτά τα κατακλυσμικά γεγονότα για να συμπεράνουμε τις μάζες, τις περιστροφές και τις παλιρροιακές παραμορφώσεις των δυαδικών. Είμαι πολύ περήφανος που συμμετείχα σε αυτήν την εξαιρετική προσπάθεια της LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. "
Τα νέα συμβάντα, που ήταν όλα αποτέλεσμα των συγχωνεύσεων BBH, χαρακτηρίζονται GW170729, GW170809, GW170818 και GW170823 με βάση τις ημερομηνίες κατά τις οποίες εντοπίστηκαν. Και οι τέσσερις εντοπίστηκαν κατά τη διάρκεια της δεύτερης περιόδου παρακολούθησης των συνεργασιών LIGO και VIRGO (O2), η οποία διήρκεσε από τις 30 Νοεμβρίου 2016 έως τις 25 Αυγούστου 2017.
Η Alessandra Buonanno, διευθύντρια του τμήματος Αστροφυσικής και Κοσμολογικής Σχετικότητας στο AEI-Potsdam και καθηγητής του College Park στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, συνέβαλε σημαντικά σε αυτά τα πρόσφατα ευρήματα. Όπως ανέφερε σε πρόσφατο δελτίο τύπου του AEI:
«Τα υπερσύγχρονα μοντέλα κυματομορφής, η προηγμένη επεξεργασία δεδομένων και η καλύτερη βαθμονόμηση των οργάνων, μας επέτρεψαν να συμπεράνουμε με ακρίβεια τις αστροφυσικές παραμέτρους των γεγονότων που ανακοινώθηκαν προηγουμένως. Ανυπομονώ για την επόμενη παρατήρηση την άνοιξη του 2019, όπου αναμένουμε να εντοπίσουμε περισσότερες από δύο συγχωνεύσεις black-hole ανά μήνα συλλεγόμενων δεδομένων! "
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ομάδας, τα παρατηρούμενα BBHs καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα συστατικών μαζών, από 7,6 έως 50,6 ηλιακές μάζες. Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι σε δύο από τα BBH (GW151226 και GW170729), είναι πολύ πιθανό ότι τουλάχιστον μία από τις μαύρες τρύπες περιστρέφεται. Αλλά το πιο σημαντικό από όλα, οι νέες ανιχνεύσεις έθεσαν δύο νέα αρχεία στη μελέτη των GW.
Για παράδειγμα, το γεγονός γνωστό ως GW170818 εντοπίστηκε στον ουρανό με ακρίβεια στο βόρειο ουράνιο ημισφαίριο από τα παρατηρητήρια LIGO και Virgo. Στην πραγματικότητα, ταυτίστηκε με ακρίβεια 39 τετραγωνικών βαθμών (195 φορές το φαινόμενο μέγεθος της πανσελήνου), καθιστώντας το το καλύτερο τοπικό BBH μέχρι σήμερα.
Επιπλέον, το γεγονός γνωστό ως GW170729 ήταν η πιο μαζική και μακρινή πηγή βαρυτικών κυμάτων που παρατηρήθηκε μέχρι σήμερα. Εκτός από τη συμμετοχή ενός ζεύγους μαύρης τρύπας που είχε συνδυασμένη μάζα πάνω από 50 φορές αυτή του Ήλιου, η συγχώνευση πραγματοποιήθηκε πριν από 5 δισεκατομμύρια χρόνια και απελευθέρωσε το ισοδύναμο σχεδόν πέντε ηλιακών μαζών με τη μορφή βαρυτικής ακτινοβολίας.
Κοιτώντας μπροστά, η ομάδα ελπίζει να κάνει περισσότερες ανακαλύψεις κατά την τρίτη διαδρομή παρατήρησης (O3) του Advanced LIGO και της Παρθένου, η οποία έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει στις αρχές του 2019. Αυτή η διαδρομή θα επωφεληθεί από περαιτέρω αναβαθμίσεις ευαισθησίας σε LIGO και Virgo, καθώς και συμπερίληψη του παρατηρητηρίου Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) στην Ιαπωνία (πιθανώς προς το τέλος του O3).
Όπως εξέφρασε ο Karsten Danzmann, διευθυντής του τμήματος Laser Interferometry and Gravitational Wave Astronomy στο AEI-Αννόβερο:
«Είμαι χαρούμενος που πολλές από τις προηγμένες τεχνολογίες ανιχνευτών που αναπτύχθηκαν στον ανιχνευτή GEO600 μας βοήθησαν να κάνει το O2 να λειτουργεί τόσο ευαίσθητο και ότι στο O3 μια άλλη τεχνολογία που πρωτοπορεί στο GEO600, συμπιεσμένο φως, θα χρησιμοποιηθεί στο LIGO και στην Παρθένο.»
Με αυτές τις αναβαθμίσεις και την προσθήκη του KAGRA, αναμένονται πολλά δεκάδες συμβάντα GW που προκύπτουν από τη συγχώνευση δυαδικών συστημάτων τα επόμενα χρόνια. Αυτά τα τελευταία αποτελέσματα προσφέρουν επίσης περαιτέρω επικύρωση των οργάνων LIGO και Virgo παρατηρητήρια, καθώς και την αποτελεσματικότητα της διεθνούς συνεργασίας πίσω από αυτά.
Και με την ανίχνευση τεσσάρων επιπλέον συμβάντων GW, ο αριθμός των περιπτωσιολογικών μελετών που οι επιστήμονες μπορούν να αντλήσουν πληροφορίες από έχει αυξηθεί σχεδόν κατά 50%. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούν να μάθουν περισσότερα σχετικά με τον πληθυσμό των δυαδικών συστημάτων που προκαλούν συμβάντα GW, για να μην αναφέρουμε το ρυθμό με τον οποίο πραγματοποιούνται αυτοί οι τύποι συγχωνεύσεων.
Τα αποτελέσματα των αναζητήσεων της ομάδας παρουσιάστηκαν επίσης σε δύο δημοσιεύσεις που εμφανίστηκαν πρόσφατα στο διαδίκτυο. Το πρώτο έγγραφο, «GWTC-1: Ένας μεταβατικός κατάλογος βαρυτικών κυμάτων των συμπαγών δυαδικών συγχωνεύσεων που παρατηρήθηκαν από την LIGO και την Παρθένο κατά τη διάρκεια της πρώτης και της δεύτερης διαδρομής παρατήρησης, παρουσιάζει έναν λεπτομερή κατάλογο όλων των ανιχνεύσεων βαρυτικών κυμάτων.
Η δεύτερη εργασία, «Ιδιότητες πληθυσμού δυαδικής μαύρης τρύπας που συνάγονται από την πρώτη και δεύτερη παρατήρηση του Advanced LIGO και Advanced Virgo», περιγράφει τα χαρακτηριστικά του συγχωνευμένου πληθυσμού μαύρων τρυπών. Το LIGO χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) και λειτουργεί από τον Caltech και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT).
