Astronomer søger efter gravitationsbølgehukommelse

Astronomer observerer regelmæssigt gravitationsbølger (GW) - krusninger i rum og tid - der er forårsaget af par af sorte huller, der smelter sammen til ét. Einsteins tyngdekraftsteori forudsiger, at GW, som klemmer og strækker plads, når de passerer, vil permanent forvrænge rummet, efterlader et "hukommelse" om bølgen. Imidlertid, denne hukommelseseffekt er endnu ikke blevet opdaget, da det ville være ekstremt lille, efterlader kun de mindste spor.

Forskere fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) ved Monash University har endelig udviklet en metode til at søge og detektere GW-hukommelse. Ledet af OzGrav Ph.D. studerende Moritz Huebner, det nyligt offentliggjorte papir forklarer den vanskelige erobring af at søge efter hukommelse ved at analysere data fra adskillige observationer. Huebner vil præsentere disse resultater på Australian National Institute for Theoretical Astrophysics (ANITA) i Canberra torsdag den 6. februar 2020.

De videnskabelige modeller forventer, at hukommelsen efterlader et ekstremt svagt spor på detektorerne, der er langt mindre end bølgerne fra selve sorthulskollisionen. Derfor, data fra mange gravitationsbølgehændelser skal kombineres. At gøre dette, holdet brugte nogle af de mest præcise GW- og hukommelsesmodeller udviklet fra undersøgelsen af ​​sorte hul-fusioner.

"Vores algoritmer gennemgår omhyggeligt dataene og måler det nøjagtige bevis for eksistensen af ​​GW-hukommelse, sagde Huebner.

For hver enkelt observation, denne møjsommelige metode kan tage hundredvis af timer på en normal computerchip at udforske alle mulighederne for, hvordan et GW-signal opstod - dette fik forskerne til at fokusere på at finjustere indstillingen for at reducere mængden af ​​computertimer uden at kompromittere søgningen. Indtil nu, resultaterne af søgningen anvendt på de første 10 sorthulskollisioner opdaget af LIGO og Jomfruen mellem 2015 og 2017 har vist sig at være inkonklusive. LIGO og Jomfruen er endnu ikke følsomme nok til at komme med udsagn om GW-hukommelse.

Så, vil vi nogensinde være i stand til at opdage hukommelsen?

"Heldigvis vi kan nu bruge data fra de første 10 sorthulskollisioner og have en god idé om, hvor mange observerbare GW-hændelser der vil være i fremtiden. Vi kan også beregne, hvor meget bevis for hukommelse der kan detekteres i hver begivenhed, sagde Huebner.

Gennem hele studiet forskerne opdagede også, at deres nye søgemetode skal tage data fra cirka 2000 sorte hul-fusioner for at detektere hukommelse. Selvom dette kan lyde usandsynligt, holdet forventer at nå dette tal i midten af ​​2020'erne.

Plus, LIGO og Jomfruen bliver løbende opgraderet og har set mere end 40 fusioner siden april 2019, da den tredje observationskørsel startede. Med yderligere teknologiske fremskridt og det japanske KAGRA-observatorium kommer snart online, holdet er overbevist om, at de vil opdage flere binære filer hver dag, hvilket endelig vil føre til afslørende GW-hukommelse.