Η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων (που πραγματοποιήθηκε τον Σεπτέμβριο του 2015) πυροδότησε μια επανάσταση στην αστρονομία. Όχι μόνο αυτό το γεγονός επιβεβαίωσε μια θεωρία που προέβλεπε η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν έναν αιώνα πριν, αλλά επίσης εγκαινίασε μια νέα εποχή όπου οι συγχωνεύσεις απομακρυσμένων μαύρων οπών, σουπερνόβων και αστεριών νετρονίων θα μπορούσαν να μελετηθούν εξετάζοντας τα προκύπτοντα κύματά τους.
Επιπλέον, οι επιστήμονες έχουν θεωρήσει ότι οι συγχωνεύσεις μαύρων οπών θα μπορούσαν να είναι πολύ πιο συχνές από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που πραγματοποιήθηκε από ζευγάρι ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Monash, αυτές οι συγχωνεύσεις συμβαίνουν μία φορά κάθε λίγα λεπτά. Ακούγοντας τον παρασκήνιο του θορύβου του Σύμπαντος, ισχυρίζονται, θα μπορούσαμε να βρούμε αποδείξεις χιλιάδων γεγονότων που δεν είχαν εντοπιστεί στο παρελθόν.
Η μελέτη τους, με τίτλο "Βέλτιστη αναζήτηση για ένα αστροφυσικό βαρυτικό κύμα υπόβαθρου", εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φυσική αναθεώρηση X. Η μελέτη διεξήχθη από τους Rory Smith και Eric Thrane, ανώτερο λέκτορα και ερευνητή στο Πανεπιστήμιο Monash, αντίστοιχα. Και οι δύο ερευνητές είναι επίσης μέλη του ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Όπως αναφέρουν στη μελέτη τους, κάθε 2 έως 10 λεπτά, ένα ζευγάρι αστρικών μαζών οπών συγχωνεύεται κάπου στο Σύμπαν. Ένα μικρό κλάσμα από αυτά είναι αρκετά μεγάλο ώστε το προκύπτον περιστατικό βαρυτικών κυμάτων να μπορεί να ανιχνευθεί από προηγμένα όργανα όπως το Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων Laser Interferometer και το παρατηρητήριο της Παρθένου. Τα υπόλοιπα, ωστόσο, συμβάλλουν σε ένα είδος στοχαστικού θορύβου στο παρασκήνιο.
Με τη μέτρηση αυτού του θορύβου, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να μελετήσουν πολύ περισσότερο τον τρόπο των γεγονότων και να μάθουν περισσότερα για τα βαρυτικά κύματα. Όπως εξήγησε ο Δρ Thrane σε μια δήλωση τύπου του Πανεπιστημίου Monash:
«Η μέτρηση του βαρυτικού κύματος θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε πληθυσμούς μαύρων τρυπών σε μεγάλες αποστάσεις. Κάποια στιγμή, η τεχνική μπορεί να μας επιτρέψει να δούμε τα κύματα βαρύτητας από το Big Bang, κρυμμένα πίσω από τα κύματα βαρύτητας από μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων. "
Οι Drs Smith και Thrane δεν είναι ερασιτέχνες όταν πρόκειται για τη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων. Πέρυσι, συμμετείχαν και οι δύο σε μια σημαντική ανακάλυψη, όπου ερευνητές από την LIGO Scientific Collaboration (LSC) και η Virgo Collaboration μέτρησαν τα βαρυτικά κύματα από ένα ζευγάρι συγχωνευμένων αστεριών νετρονίων. Αυτή ήταν η πρώτη φορά που παρατηρήθηκε συγχώνευση αστεριού νετρονίων (γνωστή και ως kilonova) τόσο στα βαρυτικά κύματα όσο και στο ορατό φως.
Το ζευγάρι ήταν επίσης μέλος της ομάδας Advanced LIGO που έκανε την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων τον Σεπτέμβριο του 2015. Μέχρι σήμερα, έξι επιβεβαιωμένα γεγονότα βαρυτικών κυμάτων έχουν επιβεβαιωθεί από τις συνεργασίες LIGO και Virgo. Ωστόσο, σύμφωνα με τους Drs Thrane και Smith, θα μπορούσαν να γίνουν έως και 100.000 γεγονότα κάθε χρόνο που αυτοί οι ανιχνευτές απλώς δεν είναι εξοπλισμένοι για να χειριστούν.
Αυτά τα κύματα είναι αυτά που ενώνονται για να δημιουργήσουν ένα υπόβαθρο κύματος βαρύτητας. και ενώ τα μεμονωμένα συμβάντα είναι πολύ λεπτά για να εντοπιστούν, οι ερευνητές προσπαθούν να αναπτύξουν μια μέθοδο για την ανίχνευση του γενικού θορύβου εδώ και χρόνια. Στηριζόμενος σε έναν συνδυασμό προσομοιώσεων υπολογιστών με εξασθενημένα σήματα μαύρης τρύπας και μάζες δεδομένων από γνωστά γεγονότα, Δρ. Ο Thrane και ο Smith ισχυρίζονται ότι έχουν κάνει ακριβώς αυτό.
Από αυτό, το ζεύγος μπόρεσε να παράγει ένα σήμα εντός των προσομοιωμένων δεδομένων που πιστεύουν ότι είναι απόδειξη αχνών συγχωνεύσεων μαύρων οπών. Κοιτώντας μπροστά, οι Drs Thrane και Smith ελπίζουν να εφαρμόσουν τη νέα τους μέθοδο σε πραγματικά δεδομένα και είναι αισιόδοξοι ότι θα αποφέρει αποτελέσματα. Οι ερευνητές θα έχουν επίσης πρόσβαση στον νέο υπερυπολογιστή OzSTAR, ο οποίος εγκαταστάθηκε τον περασμένο μήνα στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne για να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναζητήσουν βαρυτικά κύματα στα δεδομένα LIGO.
Αυτός ο υπολογιστής είναι διαφορετικός από αυτούς που χρησιμοποιούνται από την κοινότητα LIGO, η οποία περιλαμβάνει τους υπερυπολογιστές CalTech και MIT. Αντί να βασίζεται σε πιο παραδοσιακές μονάδες κεντρικής επεξεργασίας (CPU), το OzGrav χρησιμοποιεί γραφικές μονάδες επεξεργαστών - οι οποίες μπορεί να είναι εκατοντάδες φορές πιο γρήγορες για ορισμένες εφαρμογές. Σύμφωνα με τον καθηγητή Matthew Bailes, τον διευθυντή του υπερυπολογιστή OzGRav:
"Είναι 125.000 φορές πιο ισχυρό από τον πρώτο υπερυπολογιστή που έφτιαξα στο ίδρυμα το 1998 ... Αξιοποιώντας τη δύναμη των GPU, το OzStar έχει τη δυνατότητα να κάνει μεγάλες ανακαλύψεις στην αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων."
Αυτό που ήταν ιδιαίτερα εντυπωσιακό για τη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων είναι το πώς έχει προχωρήσει τόσο γρήγορα. Από την αρχική ανίχνευση το 2015, επιστήμονες από το Advanced LIGO και την Virgo έχουν επιβεβαιώσει έξι διαφορετικά συμβάντα και αναμένουν να εντοπίσουν πολλά περισσότερα. Επιπλέον, οι αστροφυσικοί βρίσκουν ακόμη τρόπους να χρησιμοποιούν τα βαρυτικά κύματα για να μάθουν περισσότερα για τα αστρονομικά φαινόμενα που τα προκαλούν.
Όλα αυτά έγιναν δυνατά χάρη στις βελτιώσεις στην οργάνωση και στην αυξανόμενη συνεργασία μεταξύ των παρατηρητηρίων. Και με πιο εξελιγμένες μεθόδους που έχουν σχεδιαστεί για να κοσκινίζουν δεδομένα αρχειοθέτησης για επιπλέον σήματα και θόρυβο στο παρασκήνιο, έχουμε τη δυνατότητα να μάθουμε πολλά περισσότερα για αυτή τη μυστηριώδη κοσμική δύναμη.
