Nye påvisninger af gravitationsbølger bringer tallet til 11 - indtil videre

Fire nye påvisninger af gravitationsbølger er blevet annonceret på Gravitational Waves Physics and Astronomy Workshop, ved University of Maryland i USA.

Dette bringer det samlede antal påvisninger til 11, siden den første tilbage i 2015.

Ti er fra binære sorte huls fusioner og en fra fusionen af ​​to neutronstjerner, som er de tætte rester af stjerneeksplosioner. En sort hul-fusion var ekstraordinært fjern, og den kraftigste eksplosion, der nogensinde er observeret i astronomi.

De seneste nyheder kommer blot en måned efter, at der blev rejst tvivl om den første opdagelse. I slutningen af ​​oktober en artikel i New Scientist, overskriften Eksklusivt:Alvorlig tvivl om LIGOs opdagelse af gravitationsbølger, rejste ideen om, at det "måske have været en illusion."

Så hvor sikre er vi på, at vi opdager gravitationsbølger, og ikke ser en illusion?

Åben for granskning

Alle gode videnskabsmænd forstår, at granskning og skepsis er videnskabens magt. Alle teorier og al viden er foreløbige, mens videnskaben langsomt går ind for vores bedste forståelse af sandheden. Der er ingen sikkerhed, kun sandsynlighed og statistisk signifikans.

For år siden, holdet, der søger efter gravitationsbølger med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), fastlagt de niveauer af statistisk signifikans, der er nødvendige for at fremsætte en påstand om påvisning.

For hvert signal bestemmer vi antallet af falske alarmer. Dette fortæller dig, hvor mange år du skal vente, før du har en lige chance for, at et tilfældigt signal efterligner dit rigtige signal.

Det svageste signal, der er registreret indtil videre, har en falsk alarmrate på én hvert femte år, så der er stadig en chance for, at det kunne have været tilfældigt.

Andre signaler er meget stærkere. For de tre stærkeste signaler, der er registreret hidtil, skal du vente fra 1, 000 gange til 10 milliarder milliarder gange universets alder, før signalerne opstår tilfældigt.

At vide, hvad man skal lytte efter

Detektionen af ​​gravitationsbølger ligner lidt akustisk ornitologi.

Forestil dig, at du studerer fugle og ønsker at bestemme bestanden af ​​fugle i en skov. Du kender de forskellige fuglearters kald.

Når et fuglekald matcher dit forudbestemte opkald, du hopper af spænding. Dens lydstyrke fortæller dig, hvor langt væk den er. Hvis det var meget svagt mod baggrundsstøjen, du kan være usikker.

Men du skal overveje lirefuglene, der efterligner andre arter. Hvordan ved du, at lyden af ​​en kookaburra faktisk ikke er lavet af en lirefugl? Du skal være meget streng, før du kan påstå, at der er en kookaburra i skoven. Selv da vil du kun være i stand til at være sikker, hvis du foretager yderligere registreringer.

I gravitationsbølger bruger vi huskede lyde kaldet skabeloner. Der er én unik lyd til sammensmeltningen af ​​hver mulig kombination af sorte hul-masser og spins. Hver skabelon er udarbejdet ved hjælp af Einsteins teori om gravitationsbølgeemission.

I jagten på gravitationsbølger, vi leder efter disse sjældne lyde ved hjælp af to LIGO-detektorer i USA og en tredje detektor, Jomfruen, i Italien.

For at undgå manglende signaler eller hævde falske positiver, den største stringens er nødvendig for at analysere dataene. Kæmpe teams ser over dataene, søge efter fejl, kritisere hinanden, gennemgå computerkoder og endelig gennemgå foreslåede publikationer for nøjagtighed. Separate teams bruger forskellige analysemetoder, og til sidst sammenligne resultaterne.

Dernæst kommer reproducerbarhed - det samme resultat registreres igen og igen. Reproducerbarhed er en kritisk komponent i videnskaben.

Signalerne registreret

Før LIGO offentliggjorde sin første offentlige meddelelse om gravitationsbølger, yderligere to signaler var blevet detekteret, hver af dem opsamlet i to detektorer. Dette øgede vores selvtillid og fortalte os, at der er en befolkning af kolliderende sorte huller derude, ikke bare en enkelt begivenhed, der kunne være noget falsk.

Den første detekterede gravitationsbølge var forbløffende høj, og den matchede en forudbestemt skabelon. Det var så godt, at LIGO brugte mange uger på at finde ud af, om det var muligt, at det var en spøg, bevidst injiceret af en hacker.

Mens LIGO-forskere til sidst overbeviste sig selv om, at begivenheden var reel, yderligere opdagelser øgede i høj grad vores tillid. I august 2017 blev et signal detekteret af de to LIGO-detektorer og Jomfru-detektoren i Italien.

Den 17. august sidste år en helt anden, men længe forudsagt signaltype blev observeret fra et koalescerende par neutronstjerner, ledsaget af det forudsagte udbrud af gammastråler og lys.

Det sorte hul fusionerer

Nu har LIGO-Virgo-samarbejdet afsluttet analysen af ​​alle data siden september 2015.

For hvert signal bestemmer vi massen af ​​de to kolliderende sorte huller, massen af ​​det nye sorte hul, som de skaber, og temmelig nogenlunde, afstanden og retningen.

Hvert signal er blevet set i to eller tre detektorer næsten samtidigt (de var adskilt af millisekunder).

Otte af de 20 oprindelige sorte huller har masser mellem 30 og 40 sole, seks er i 20'erne, tre er i teenageårene, og kun to er så lave som 7 til 8 sole. Kun én er tæt på 50, det hidtil største sorte hul før kollisionen.

Dette er tallene, der vil hjælpe os med at finde ud af, hvor alle disse sorte huller blev lavet, hvordan de blev lavet, og hvor mange der er derude. For at besvare disse store spørgsmål har vi brug for mange flere signaler.

Det svageste af de nye signaler, GW170729, blev opdaget den 29. juli, 2017. Det var kollisionen af ​​et sort hul 50 gange solens masse, med yderligere 34 gange solens masse.

Dette var langt den fjerneste begivenhed, har fundet sted, højst sandsynlig, 5 milliarder år siden – før Jordens og solsystemets fødsel for 4,6 milliarder år siden. På trods af det svage signal, det var den kraftigste gravitationseksplosion opdaget, indtil nu.

Men fordi signalet var svagt, dette er detekteringen med en falsk alarmrate på én hvert femte år.

LIGO og Jomfruen forbedrer deres følsomhed år for år, og vil finde mange flere arrangementer.

Med planlagte nye detektorer forventer vi ti gange mere følsomhed. Så forventer vi at detektere nye signaler cirka hvert femte minut.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.