35 új téridő rengést fedezett fel a Virgo és a LIGO
A LIGO és a Virgo detektorok 35 új hullámjelet azonosított a legutóbbi megfigyelési időszak során. Ezzel összesen 90-re növekedett a három interferometer globális hálózata által megfigyelt gravitációshullám-jelek száma. A legtöbb új jel két összeütköző fekete lyuk örvénylő, spirális mozgásából származik: kozmikus rengések, amelyek megrezgetik a téridő szerkezetét és erőteljes gravitációs hullámokat keltenek.
Két további eseményt – az egyikről már tavaly júniusban beszámoltak – egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadásaként azonosítottak. Ilyen típusú hullámforrásokat először a legutóbbi LIGO–Virgo megfigyelési időszak alatt észleltek. Egy további, 2020 februárjában megfigyelt összeolvadás pedig származhat akár egy feketelyuk-párból, akár egy vegyes feketelyuk–neutroncsillag-kettősből.
A ma közzétett harmadik gravitációshullám-katalógus a fekete lyukak új populációinak jellemzőit is felvázolja, amelyek tömege a megfigyelt neutroncsillagokkal együtt információt adhat arról, hogy hogyan élnek és halnak meg a csillagok, ezzel tovább bővítve a gravitációshullám-csillagászat horizontját.
A katalógushoz kapcsolódóan három másik publikáció is megjelenik, amelyek az eredmények kozmológiai és asztrofizikai következményeire, valamint a gravitációshullám-jelek többcsatornás megfigyelésére összpontosítanak. Ez utóbbi a Fermi/GBM és Swift/BAT űrtávcsövekkel a harmadik megfigyelési időszak második felében észlelt 86 nagyenergiás gamma-kitörésekkel való egybeesést is elemzi. Nem figyeltek meg gravitációshullám-megfelelőt; ezzel párhuzamosan eddig nem jelentettek be földi- vagy az űrtávcsövekkel más csatornán észlelt jeleket (pl. fényt és neutrínót) a gravitációs hullámok utólagos megfigyelése során, azaz a gravitációs forrásból származó jelek keresése közben.
Ezzel egyidejűleg a LIGO, a Virgo és a KAGRA tudományos együttműködések a mai napon nyilvánosságra hozták a LIGO és Virgo detektorok által a 2019 novemberétől 2020 márciusáig terjedő időszakban rögzített kalibrált adatait. Ezzel lehetőség nyílik független elemzések és ellenőrzések elvégzésére, maximalizálva ezzel a tudományos eredmények gazdagságát.
Néhány év alatt, az első észleléstől a havonta számos esemény megfigyeléséig nagyon jelentős előrelépést értek el a gravitációs hullámokkal foglalkozó kutatók. Ez a folyamatos technológiai fejlesztéseknek köszönhető, amelyek az első úttörő műszereket egyre érzékenyebb detektorokká alakították át. A technológiai korszerűsítések és üzembe helyezés eredményeként a detektorok érzékenységének fejlődése jelentős, tekintve, hogy a ma közzétett 90 gravitációs hullám eseményből 79 kizárólag a legutóbbi, 2019 áprilisától 2020 márciusáig tartó megfigyelési időszakból származik.
A LIGO és a Virgo obszervatóriumokat jelenleg is fejlesztik, és a következő, negyedik megfigyelési időszakot 2022 második felében még nagyobb érzékenységgel kezdik majd meg. Ezzel a növekedéssel a korábbinál csaknem tízszer nagyobb térfogatot figyelhetnek meg Univerzumból, és ezért sokkal nagyobb valószínűséggel észlelhetnek majd gravitációshullám-jeleket.
„A Virgo egyéb fejlesztései mellett beépítettünk egy további optikai kamrát (az ún. jel újrahasznosító kamrát), amely lehetővé teszi a detektor érzékenységének javítását magas frekvenciákon” – mondta Sebastian Steinlechner, a maastrichti egyetemi adjunktusa, a Nikhef munkatársa. „Ez lehetővé teszi, hogy a detektor megnövekedett érzékenységgel »hallgassa« az összeütköző kettősök életének utolsó szakaszát, amikor két fekete lyuk vagy csillag eggyé olvad.”
A japán KAGRA detektor üzembe helyezése is folyamatos, és a KAGRA azt tervezi, hogy csatlakozik a következő megfigyelési időszakhoz. A közös megfigyeléseket végző detektorhálózat bővítése tovább növeli a hullámforrások égi pozíciójának meghatározási pontosságát, ami kulcsfontosságú a sokcsatornás csillagászat fejlődése szempontjából.
Ábrafelirat: A képen az Advanced LIGO és az Advanced Virgo detektorok által eddig megfigyelt 90 kettős rendszer összeütközése látható. Minden mező egy eseményt jelöl, amelynek neve a doboz alján szerepel. Az összeütköző csillagok (fekete lyukak vagy neutroncsillagok) tömege, valamint a végső összeolvadt csillag tömege naptömegben látható. Az egyes mezők színe mutatja, hogy a három megfigyelési időszak közül melyikben észlelték az eseményt: O1 2015-16-ban; O2 2016–2017-ben; és O3 2019-20-ban. Az O3 eseményszámának növekedését a hálózat mindhárom detektorának jobb érzékenysége tette lehetővé. Az ábrán a GW200105 esemény is megjelenik, annak ellenére, hogy ez egy marginális eseménynek számít. Ez az oka, hogy 91 mezőt láthatunk.
Kép forrása: Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology
Tudományos cikkek:
📖 Constraints on the cosmic expansion history from GWTC-3
📖 The population of merging compact binaries inferred using gravitational waves through GWTC-3
Kapcsolódó kiadványok: