Gravitationslinser kunne fastholde sorte hul-fusioner med hidtil uset nøjagtighed

Gravitationsbølgeastronomi har været en af ​​de hotteste nye typer astronomi lige siden LIGO-konsortiet officielt opdagede den første gravitationsbølge (GW) tilbage i 2016. Astronomer var begejstrede for antallet af nye spørgsmål, der kunne besvares ved hjælp af denne sanseteknik, der havde aldrig været overvejet før.

Men meget af nuancen af ​​de GW'er, som LIGO og andre detektorer har fundet i de 90 gravitationsbølgekandidater, de har fundet siden 2016, er gået tabt.

Forskere har svært ved at afgøre, hvilken galakse en gravitationsbølge kommer fra. Men nu har et nyt papir fra forskere i Holland en strategi og udviklet nogle simuleringer, der kan hjælpe med at indsnævre søgningen efter fødestedet for GW'er. For at gøre det bruger de en anden skat af astronomer overalt – gravitationslinser.

Det er vigtigt, at GW'er menes at være forårsaget af sammensmeltning af sorte huller. Disse katastrofale begivenheder forvrænger bogstaveligt talt rum-tid til det punkt, hvor deres fusion forårsager krusninger i selve tyngdekraften. Disse signaler er dog ekstraordinært svage, når de når os – og de kommer ofte fra milliarder af lysår væk.

Detektorer som LIGO er eksplicit designet til at søge efter disse signaler, men det er stadig svært at få et stærkt signal-til-støj-forhold. Derfor er de heller ikke specielt gode til at beskrive, hvor et bestemt GW-signal kommer fra. De kan generelt sige:"Det kom fra den del af himlen derovre," men da "den del af himlen" kunne indeholde milliarder af galakser, gør det ikke meget for at indsnævre det.

Men astronomer mister en masse kontekst med hensyn til, hvad en GW kan fortælle dem om sin oprindelsesgalakse, hvis de ikke ved, hvilken galakse den kom fra. Det er her gravitationslinser kommer ind i billedet.

Gravitationslinser er et fysisk fænomen, hvor signalet (i de fleste tilfælde lys), der kommer fra et meget fjernt objekt, fordrejes af massen af ​​et objekt, der ligger mellem det yderligere objekt og os her på Jorden. De er ansvarlige for at skabe "Einstein Rings", nogle af de mest spektakulære astronomiske billeder.

Lys er dog ikke det eneste, der kan påvirkes af masse - det kan gravitationsbølger også. Derfor er det i det mindste muligt, at gravitationsbølger selv kan blive fordrejet af massen af ​​et objekt mellem det og Jorden. Hvis astronomer er i stand til at detektere den vridning, kan de også fortælle, hvilken specifik galakse i et område på himlen GW-tegnet kommer fra.

Når først astronomer kan spore den præcise galakse og skabe en gravitationsbølge, er himlen (ikke) grænsen. De kan indsnævre alle mulige egenskaber, ikke kun for selve den bølgegenererende galakse, men også for galaksen foran den, hvilket skaber linsen. Men hvordan skal astronomer gøre dette arbejde?

Det er omdrejningspunktet for det nye papir fra Ewoud Wempe, en ph.d. studerende ved University of Groningen, og deres medforfattere. Papiret, offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , beskriver flere simuleringer, der forsøger at indsnævre oprindelsen af ​​en gravitationsbølge med linse. De bruger især en teknik, der ligner den triangulering, som mobiltelefoner bruger til at bestemme, hvor de præcist er i forhold til GPS-satellitter.

Brugen af ​​denne teknik kan vise sig frugtbar i fremtiden, da forfatterne mener, at der er så mange som 215.000 potentielle GW-linse-kandidater, som ville kunne detekteres i datasæt fra næste generation af GW-detektorer. Mens disse stadig kommer online, er de teoretiske og modellerende verdener fortsat hårdt i gang med at forsøge at finde ud af, hvilken slags data der ville forventes for forskellige fysiske virkeligheder af denne nyeste type astronomiske observationer.

Flere oplysninger: Ewoud Wempe et al., om påvisning og præcis lokalisering af sammensmeltende sorte hullers hændelser gennem stærk gravitationslinser, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae1023

Journaloplysninger: Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af Universe Today