LIGO registrerer gravitationsbølger for tredje gang

Laserinterferometer Gravitationsbølgeobservatorium (LIGO) har foretaget en tredje påvisning af gravitationsbølger, krusninger i rum og tid, demonstrerer, at et nyt vindue inden for astronomi er blevet åbnet fast. Som det var tilfældet med de to første opdagelser, bølgerne blev genereret, da to sorte huller kolliderede for at danne et større sort hul.

Det nyfundne sorte hul, dannet ved fusionen, har en masse omkring 49 gange vores sols masse. Dette udfylder et hul mellem masserne af de to fusionerede sorte huller, der tidligere blev opdaget af LIGO, med solmasser på 62 (første påvisning) og 21 (anden påvisning).

"Vi har yderligere bekræftelse på eksistensen af ​​sorte huller med stjernemasse, der er større end 20 solmasser-det er objekter, vi ikke vidste eksisterede, før LIGO opdagede dem, "siger MIT's David Shoemaker, den nyvalgte talsmand for LIGO Scientific Collaboration (LSC), en krop på mere end 1, 000 internationale forskere, der udfører LIGO-forskning sammen med det europæisk baserede Jomfru-samarbejde. "Det er bemærkelsesværdigt, at mennesker kan sammensætte en historie, og test det, for sådanne mærkelige og ekstreme begivenheder, der fandt sted for milliarder af år siden og milliarder af lysår fjernt fra os. Hele LIGO og Jomfru videnskabelige samarbejder arbejdede på at sammensætte alle disse stykker. "

Den nye registrering fandt sted under LIGOs aktuelle observationsforløb, som begyndte 30. november, 2016, og fortsætter henover sommeren. LIGO er et internationalt samarbejde med medlemmer over hele kloden. Dens observationer udføres af to detektorer - en i Hanford, Washington, og den anden i Livingston, Louisiana - drives af Caltech og MIT med finansiering fra National Science Foundation (NSF).

LIGO foretog den første nogensinde direkte observation af gravitationsbølger i september 2015 under sit første observationsforløb siden gennemgået større opgraderinger i et program kaldet Advanced LIGO. Den anden registrering blev foretaget i december 2015. Den tredje afsløring, kaldet GW170104 og foretaget den 4. januar, 2017, er beskrevet i et nyt papir, der er accepteret til offentliggørelse i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

I alle tre tilfælde, hver af LIGOs to detektorer detekterede gravitationsbølger fra de enormt energiske fusioner af sorte hulpar. Disse er kollisioner, der producerer mere kraft, end der til enhver tid udstråles som lys af alle stjernerne og galakser i universet. Den seneste opdagelse ser ud til at være den fjerneste endnu, med de sorte huller placeret omkring 3 milliarder lysår væk. (De sorte huller i den første og anden detektion er placeret 1,3 og 1,4 milliarder lysår væk, henholdsvis.)

Den nyeste observation giver også spor om, i hvilke retninger de sorte huller snurrer. Som par sorte huller spiraler rundt om hinanden, de snurrer også på deres egne økser - som et par skøjteløbere, der snurrer individuelt, mens de også cirkler rundt om hinanden. Nogle gange drejer sorte huller i den samme overordnede retning som parret bevæger sig - hvad astronomer refererer til som justerede spins - og nogle gange snurrer de i den modsatte retning af kredsløbets bevægelse. Hvad mere er, sorte huller kan også vippes væk fra orbitalplanet. I det væsentlige, sorte huller kan dreje i enhver retning.

De nye LIGO-data kan ikke afgøre, om de nyligt observerede sorte huller var vippet, men de antyder, at mindst et af de sorte huller kan have været ujusteret i forhold til den samlede kredsløbsbevægelse. Flere observationer med LIGO er nødvendige for at sige noget endeligt om spin af binære sorte huller, men disse tidlige data giver spor om, hvordan disse par kan dannes.

"Det er første gang, at vi har beviser for, at de sorte huller muligvis ikke er justeret, giver os bare et lille tip om, at binære sorte huller kan dannes i tætte stjerneklynger, "siger Bangalore Sathyaprakash fra Penn State og Cardiff University, en af ​​redaktørerne af det nye papir, som er forfattet af hele LSC og Virgo Collaborations.

Der er to primære modeller til at forklare, hvordan binære par sorte huller kan dannes. Den første model foreslår, at de sorte huller fødes sammen:de dannes, når hver stjerne i et par stjerner eksploderer, og så, fordi de originale stjerner snurrede i overensstemmelse med hinanden, de sorte huller forbliver sandsynligvis justeret.

I den anden model, de sorte huller kommer sammen senere i livet inden for overfyldte stjerneklynger. De sorte huller hænger sammen, efter at de synker til midten af ​​en stjerneklynge. I dette scenario, de sorte huller kan dreje i enhver retning i forhold til deres kredsløb. Fordi LIGO ser nogle tegn på, at GW170104 sorte huller ikke er justeret, dataene favoriserer lidt denne tætte stjerneklynge -teori.

"Vi begynder at indsamle reel statistik om binære sorte hulsystemer, "siger Keita Kawabe fra Caltech, også redaktør af avisen, der er baseret på LIGO Hanford Observatory. "Det er interessant, fordi nogle modeller af sort huls binær dannelse er noget foretrukket frem for de andre, selv nu og, i fremtiden, vi kan yderligere indsnævre dette. "

Undersøgelsen sætter også igen Albert Einsteins teorier på prøve. For eksempel, forskerne ledte efter en effekt kaldet dispersion, som opstår, når lysbølger i et fysisk medium, såsom glas, bevæger sig med forskellige hastigheder afhængigt af deres bølgelængde; sådan skaber et prisme en regnbue. Einsteins generelle relativitetsteori forbyder spredning i gravitationsbølger, når de formerer sig fra deres kilde til Jorden. LIGO fandt ikke bevis for denne effekt.

"Det ser ud til, at Einstein havde ret - selv for denne nye begivenhed, som er cirka to gange længere væk end vores første opdagelse, "siger Laura Cadonati fra Georgia Tech og stedfortræder for LSC." Vi kan ikke se nogen afvigelse fra forudsigelserne om generel relativitet, og denne større afstand hjælper os med at komme med den erklæring med større tillid. "

"LIGO -instrumenterne har nået imponerende følsomheder, "bemærker Jo van den Brand, talsmand for Jomfruen, en fysiker ved det hollandske nationale institut for subatomær fysik (Nikhef) og professor ved VU University i Amsterdam. "Vi forventer, at til sommer vil Jomfru, det europæiske interferometer, vil udvide netværket af detektorer, hjælper os med bedre at lokalisere signalerne. "

LIGO-Jomfru-teamet fortsætter med at søge i de nyeste LIGO-data efter tegn på rum-tids krusninger fra kosmos 'yderpunkter. De arbejder også på tekniske opgraderinger til LIGO's næste løb, planlagt til at begynde sidst i 2018, under hvilken detektorernes følsomhed vil blive forbedret.

"Med den tredje bekræftede påvisning af gravitationsbølger fra kollision af to sorte huller, LIGO etablerer sig som et kraftfuldt observatorium til afsløring af den mørke side af universet, "siger David Reitze fra Caltech, administrerende direktør for LIGO Laboratory. "Selvom LIGO er unikt egnet til at observere disse typer begivenheder, vi håber snart at se andre former for astrofysiske begivenheder, såsom den voldsomme kollision mellem to neutronstjerner. "