Czwarte wykrycie fal grawitacyjnych!

Sieć detektorów fal grawitacyjnych LIGO-Virgo zaobserwowała wspólnie po raz pierwszy falę grawitacyjną. Jest to tym samym już czwarty zarejestrowany sygnał zmarszczki w czasoprzestrzeni powstałej na skutek połączenia się dwóch masywnych obiektów. W pracach brało udział również wielu polskich naukowców.

Obserwacja została wykonana 14 sierpnia 2017 r. przez trzy detektory połączone w ramach wspólnej sieci detekcyjnej: obserwatorium LIGO (znane z wcześniejszych obserwacji), na które składają się dwa ośrodki w Livingston i Hanford oraz Advanced Virgo działającego w Europejskim Obserwatorium Grawitacyjnym EGO, położonym w Casinie we Włoszech. Obserwacja fali wystąpiła na krótko po oficjalnym rozpoczęciu pracy europejskiego detektora.

Dzięki skoordynowanej obserwacji w trzech lokalizacjach, możliwe jest dokładniejsze wyznaczenie źródła fal oraz badanie ich polaryzacji (właściwości fali, mówiącej jak oscylacja fali jest położona względem kierunku jej rozchodzenia się w przestrzeni). W tym przypadku polaryzacja daje informacje jak czasoprzestrzeń jest deformowana w trzech prostopadłych kierunkach. Po raz kolejny potwierdzono w tym przypadku, że fala grawitacyjna może tylko posiadać polaryzację zgodną z przewidywaniami Ogólnej Teorii Względności Einsteina. W ramach ostatniej detekcji potwierdzono także kilka innych konsekwencji tej teorii.

Wyniki badań zostaną opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.

Więcej o falach grawitacyjnych możecie dowiedzieć się z 26. odcinka Astronarium

Fale grawitacyjne były tematem numeru 2/2016 czasopisma Urania-Postępy Astronomii

Zarejestrowane teraz fale zostały wyemitowane przez łączące się dwie gwiazdowe czarne dziury o masach wynoszących około 31 i 25 mas Słońca, położonych 1,8 mld lat świetlnych od Ziemi. Powstała w wyniku połączenia czarna dziura ma teraz masę 53 Słońc, a pozostała masa 3 Słońc została zamieniona w energię fal grawitacyjnych.

Europa łączy siły z USA


Europejski detektor Advanced Virgo dołączył do sieci obserwacyjnej detektorów LIGO na początku sierpnia po gruntownej modernizacji. W planach są dalsze obserwacje, a w ramach kampanii obserwacyjnej O3 w 2018 roku naukowcy spodziewają się wykrywania fal co najmniej raz w tygodniu.

Obszar, w obrębie którego znajduje się źródło zarejestrowanej fali ma rozmiar 60 stopni kwadratowych, co jest wynikiem 10 razy mniejszym niż te uzyskiwane podczas detekcji przy pomocy pary detektorów LIGO. Dzięki temu na podejrzany obszar nieba będzie można z większą dokładnością kierować detektory promieniowania elektromagnetycznego. Przy zlewaniu się zwartych obiektów takich jak np. gwiazdy neutronowe, falom grawitacyjnym powinno towarzyszyć promieniowanie elektromagnetyczne o dość szerokim widmie.

Detektor Advanced LIGO to dwa identyczne interferometry laserowe zlokalizowane w Stanach Zjednoczonych. To wynikiem ich pracy były wcześniejsze detekcje. Pierwsza historyczna detekcja nastąpiła we wrześniu 2015 roku, następna w grudniu 2015 roku, a trzecia potwierdzona obserwacja miała miejsce podczas kampanii obserwacyjnej LIGO trwającej od końca 2016 roku do połowy 2017. Pierwsza wspólna rejestracja fal przez połączone detektory LIGO i Virgo otwiera nowy rozdział w poznawaniu kosmosu fal grawitacyjnych.

Advanced Virgo to z kolei druga generacja europejskiego detektora Virgo, który zbierał dane obserwacyjne do końca października 2011 roku. Później rozpoczęły się prace nad znacznie czulszą wersją detektora. Obecnie może on obserwować Wszechświat na objętości ponad 10 razy większej niż jego poprzednik. Po wielu latach pracy konsorcjum Virgo Collaboration, pracowników obserwatorium EGO oraz innych uczestniczących w projekcie laboratoriów z całego świata, udało się uzyskać jakość detektora pozwalającą na wspólne obserwacje z interferometrami LIGO z USA.

Polski wkład w badanie fal grawitacyjnych


Warto tutaj zaznaczyć, że w projekcie Virgo uczestniczy polska grupa POLGRAW. W skład grupy wchodzą naukowcy z Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, AGH w Krakowie, a także Uniwersytetów: w Białymstoku, Jagiellońskiego w Krakowie, Mikołaja Kopernika w Toruniu, Warszawskiego, Wrocławskiego i Zielonogórskiego.

Polscy uczeni stworzyli m.in. podstawy wielu algorytmów i metod służących do wykrywania i przybliżania wartości paramterów fal grawitacyjnych emitowanych przez układy podwójne zwartych obiektów, przyczynili się do precyzyjnego modelowania sygnału fali grawitacyjnej z takich układów, badali astrofizyczne właściwości obserwowanych obiektów czy też razem z zagranicznymi partnerami udoskonalali czułość europejskiego detektora i kontrolowali jakość danych zbieranych podczas ostatniej kampanii obserwacyjnej.


Trójwymiarowa projekcja Drogi Mlecznej z zaznaczonymi potencjalnymi lokalizacjami trzech połączeń czarnych dziur, zaobserwowanych przez LIGO (kolory ciemny zielony, niebieski i magenta) oraz potencjalną lokalizacją czwartej potwierdzonej detekcji wykonanej przez sieć LIGO-Virgo (kolor jasnozielony). Na zdjęciu widać jak bardzo połączenie sił obu detektorów wpływa na dokładne zlokalizowanie źródła fali.
Źródło: LIGO/Virgo/Caltech/MIT/Leo Singer (Milky Way image: Axel MellingerLIGO/Virgo/Caltech/MIT/Leo Singer (obraz drogi mlecznej: Axel Mellinger). 

Źródło: Caltech / MIT / POLGRAW / Physical Review Letters

Więcej informacji:

Na zdjęciu tytułowym: Stopklatka z symulacji komputerowej obrazującej połączenie się dwóch orbitujących ze sobą czarnych dziur, które wyemitowały fale grawitacyjne zaobserowowane przez połączone interferometry LIGO i Advanced Virgo.
Źródło: Numerical Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project; Scientific Visualisation: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics), R. Haas (NCSA)