Sanatçının bir nötron yıldızı ve kara deliğin birleşmek üzere olduğu izlenimi. Kredi bilgileri: Carl Knox, OzGrav/Swinburne
Penn State araştırmacılarını içeren uluslararası bir işbirliği, şimdiye kadar bir araya getirilmiş en büyük yerçekimi dalgası olayları kataloğunu yayınladı. Yerçekimi dalgaları, iki kara deliğin çarpışması gibi devasa astronomik olayların artçı şokları olarak üretilen uzay-zamandaki dalgalanmalardır. Araştırma ekibi, küresel bir dedektör ağı kullanarak 35 yerçekimi dalgası olayı belirledi ve tespit çalışmalarının başladığı 2015 yılından bu yana toplam gözlemlenen olay sayısını 90’a çıkardı.
Yeni yerçekimi dalgası olayları Kasım 2019 ile Mart 2020 arasında üç uluslararası dedektör kullanılarak gözlemlendi: İki Gelişmiş Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LİGO) ABD’de Louisiana ve Washington eyaletinde dedektörler ve İtalya’da Gelişmiş Başak dedektörü. Bu üç dedektörden gelen veriler, LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration ve KAGRA Collaboration’dan bir bilim insanı ekibi tarafından dikkatle analiz edildi. LIGO’nun üçüncü gözlem çalışmasının ikinci yarısındaki yeni olayların kataloğu yeni bir makalede anlatılıyor.
Penn State’de doktora sonrası araştırmacı ve LIGO işbirliğinin bir üyesi olan Debnandini Mukherjee, “LIGO ve Virgo’nun üçüncü gözlem çalışmasında, daha zor yerçekimi dalgası olaylarını tespit etmeye başladık” dedi. “Bu, ağır kütleli kara delikler, daha aşırı kütle oranlı ikili dosyaları ve nötron yıldızı–Kara delik birleşmeler daha yüksek bir güvenle tespit edildi. Bu tür gözlemlerin geleneksel olarak bilinen astrofiziği sorgulamaya başladığı ve bu tür nesnelerin oluşumlarının daha net anlaşılmasına katkıda bulunmaya başladığı heyecan verici bir çağdayız.”
Yeni tespitler
Tespit edilen 35 olaydan 32’si büyük olasılıkla karadelik birleşmeleriydi – birbirinin etrafında dönen ve sonunda birleşen iki kara delik, bir patlama yayan bir olay. yerçekimi dalgaları.
Bu birleşmelerde yer alan kara delikler, en büyük kütleleri güneşimizin kütlesinin yaklaşık 90 katı olan bir dizi boyuta sahiptir. Bu birleşmelerden oluşan karadeliklerin birçoğu, güneşimizin kütlesinin 100 katını aşar ve orta kütleli kara delikler olarak sınıflandırılır. Bu, uzun zamandır astrofizikçiler tarafından teorize edilen bu tür karadeliğin ilk gözlemini işaret ediyor.
35 olaydan ikisinin kara deliklerle nötron yıldızlarının birleşmesi olması muhtemeldi – çok daha nadir görülen bir olay türü ve bir tanesi ilk keşfedilen LIGO ve Başak’ın en son gözlem çalışması sırasında. Bu yeni tespit edilen birleşmelerden biri, güneşimizin kütlesinin yaklaşık 33 katı büyük bir kara deliğin, güneşimizin kütlesinin yaklaşık 1.17 katı çok düşük kütleli bir nötron yıldızı ile çarpıştığını gösteriyor gibi görünüyor. Bu, yerçekimi dalgaları veya elektromanyetik gözlemler kullanılarak şimdiye kadar tespit edilen en düşük kütleli nötron yıldızlarından biridir.
Karadeliklerin ve nötron yıldızlarının kütleleri, süpernova patlamalarında büyük kütleli yıldızların nasıl yaşadığına ve nihayetinde nasıl öldüklerine dair önemli ipuçlarıdır.
Penn State mezunu ve bir üyesi olan Becca Ewing, “Katalogdaki bu son güncellemede, nihayet önceki gözlem çalışmalarında bulamadığımız nötron yıldızlarıyla karadelik birleşmelerini gözlemleyebildik” dedi. Penn State’in LIGO grubu. “Her yeni gözlem çalışmasında, yeni ve farklı özelliklere sahip sinyaller buluyor ve bu sistemlerin nasıl görünebileceği ve nasıl davranabileceği konusundaki anlayışımızı genişletiyoruz. Bu şekilde, her yeni gözlemle evren anlayışımızı daha da geliştirmeye başlayabiliriz.”
Üçüncü LIGO gözlem çalışmasının ikinci yarısında, Penn State bilim adamlarının da dahil olduğu uluslararası bir araştırma ekibi, uzay zamanında yerçekimi dalgaları-dalgalanmalar üreten 35 yeni kozmik olayı gözlemledi. Bu olaylar, kara deliklerin çarpışmalarını ve hatta kara deliklerin nötron yıldızlarıyla çarpışmalarını içerir. Bu grafikteki her satır, birleşen iki nesne ve son birleşme kalıntısı dahil olmak üzere kompakt bir ikili birleşmeye karşılık gelir. Kara delikler mavi, nötron yıldızları turuncu ve doğası belirsiz kompakt nesneler gri renkte gösterilir. Kredi: Aaron M. Geller, Northwestern Üniversitesi ve Frank Elavsky, LIGO-Virgo
Son yerçekimi dalgası olayı, güneşimizin kütlesinin yaklaşık 24 katı kütleye sahip bir kara deliğin, ya çok hafif bir kara delik ya da güneşimizin kütlesinin yaklaşık 2,8 katı olan çok ağır bir nötron yıldızı ile birleşmesinden geldi. Araştırma ekibi, büyük olasılıkla bir kara delik olduğu sonucuna vardı, ancak tam olarak emin olamıyor. Benzer bir belirsiz olay, Ağustos 2019’da LIGO ve Başak tarafından keşfedildi. Bilim adamları, bir kara delik oluşturmak için çökmeden önce olabilecek en büyük nötron yıldızının kütlesinin yaklaşık 2,5 katı olduğunu beklediğinden, daha hafif nesnenin kütlesi şaşırtıcıdır. Güneş. Bununla birlikte, kütleleri yaklaşık 5 güneş kütlesinin altında olan elektromanyetik gözlemlerle hiçbir kara delik keşfedilmemişti. Bu, bilim adamlarını, yıldızların bu aralıkta kara delikler oluşturmak için çökmediğini teorileştirmeye yöneltti. Yeni yerçekimi dalgası gözlemleri, bu teorilerin revize edilmesi gerekebileceğini gösteriyor.
Anıtsal ilerleme
2015’teki ilk yerçekimi dalgası tespitinden bu yana, tespit sayısı gök gürültüsü oranında arttı. Birkaç yıl içinde, yerçekimi dalgası bilim adamları, evrenin dokusundaki bu titreşimleri ilk kez gözlemlemekten, şimdi her ay birçok olayı ve hatta aynı gün içinde birden fazla olayı gözlemlemeye başladılar. Bu üçüncü gözlem çalışması sırasında, yerçekimi dalgası dedektörleri, öncü cihazların performansını iyileştirmek için sürekli yükseltme ve bakım programı sayesinde şimdiye kadarki en iyi performanslarına ulaştı.
Yerçekimi dalgası algılama hızı arttıkça, bilim adamları yüksek seviyeyi sağlamak için analitik tekniklerini de geliştirdiler. kesinlik sonuçların. Büyüyen gözlem kataloğu, astrofizikçilerin kara deliklerin ve nötron yıldızlarının özelliklerini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle incelemesini sağlayacaktır.
Bu son çalışmada bir başka önemli gelişmede, ilk yerçekimi dalgası algılamalarından birkaç dakika sonra, gökbilimciler dünyadaki diğer gözlemevlerine ve dedektörlere bir çağrı yayınladılar. Bu nötrino dedektörleri ve elektromanyetik gözlemevleri ağı, kaynak olayı tanımlamaya çalışmak için dalgaların geldiği gökyüzü alanına odaklandı. Yerçekimi dalgaları üreten kozmik olaylar, tespit edilirse kozmik olay hakkında ek bilgi sağlayabilecek nötrinolar ve elektromanyetik emisyonlar da üretebilir. Bununla birlikte, yeni duyurulan yerçekimi dalgalarının hiçbirinin bildirilen bir karşılığı yoktur.
Penn State’de yardımcı araştırmacı ve LIGO işbirliğinin bir üyesi olan Bryce Cousins, “Diğer gözlemevleriyle hızlı iletişim kurmak, benzerlerini tespit etmek ve çoklu haberci astronomisine katkıda bulunmak için çok önemlidir” dedi. “Birden fazla sinyal yoluyla kozmik bir olayı inceleyerek, yalnızca kara deliklerin ve nötron yıldızlarının belirli özelliklerini öğrenmekle kalmaz, aynı zamanda yıldız evrimi ve evrenin genişlemesi gibi daha geniş astrofizik alanlarını da araştırabiliriz. Bu gözlem çalışması sırasında kurulan uyarı sistemleri ve gözlemevi ağları, gelecekteki gözlem çalışmalarında bu konuları daha iyi anlamak için ihtiyaç duyduğumuz karşılıkları tespit etmek için hayati önem taşıyacaktır.”
Önümüzdeki yaz başlaması beklenen bir sonraki tam gözlem çalışması için Japonya’daki KAGRA gözlemevi de aramaya katılacak. Bir dağın derinliklerinde bulunan KAGRA, 2020’de başarılı bir ilk gözlem çalışmasını tamamladı, ancak henüz ortak gözlemler yapmak için LIGO ve Başak’a katılmadı. Daha fazla dedektör ile potansiyel olaylar daha doğru bir şekilde yerleştirilebilir.
Dedektör ağına katılan KAGRA, yerçekimi dalgası aday kaynaklarının gökyüzü lokalizasyon alanını yaklaşık iki faktör kadar iyileştirmeye katkıda bulunabilir, bu da kaynakların gökyüzündeki kesin konumlarını bilmek teleskoplar için çok önemli olduğundan, benzerlerinin tespitlerine fayda sağlayabilir. gözlemler,” dedi Penn State’de yüksek lisans öğrencisi ve LIGO işbirliğinin bir üyesi olan Shio Sakon. “Tespit hattındaki gelişmeler, LIGO ve VIRGO’nun yükseltmeleri ve KAGRA’nın dedektör ağına katılmasıyla, yerçekimi dalgaları aday olaylarını her zamankinden daha sık tespit etmeyi ve analiz etmeyi umuyoruz ve yüksek kaliteli düşük gecikmeli kamu uyarıları göndermeyi umuyoruz. çoklu haberci astronomisinin ilerlemesi için hayati önem taşıyor.”
Referans: “GWTC-3: Üçüncü Gözlem Çalışmasının İkinci Kısmı Sırasında LIGO ve Başak Tarafından Gözlemlenen Kompakt İkili Birleşmeler”, LIGO Bilimsel İşbirliği, Başak İşbirliği ve KAGRA İşbirliği, 5 Kasım 2021, Genel Görelilik ve Kuantum Kozmoloji.
arXiv:2111.03606
Yerçekimi dalgası gözlemevleri hakkında:
Bu materyal, NSF tarafından finanse edilen büyük bir tesis olan Ulusal Bilim Vakfı’nın LIGO Laboratuvarı tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır. LIGO, Caltech tarafından işletilmektedir ve MİTLIGO’yu tasarlayan ve Gelişmiş LIGO dedektör projesini yöneten. Gelişmiş LIGO projesine yönelik mali destek, esas olarak, projeye önemli taahhütler ve katkılarda bulunan Almanya (Max Planck Topluluğu), Birleşik Krallık (Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi) ve Avustralya (Avustralya Araştırma Konseyi-OzGrav) ile NSF’den geldi. Dünyanın dört bir yanından yaklaşık 1.400 bilim insanı, GEO İşbirliğini içeren LIGO Bilimsel İşbirliği aracılığıyla verileri analiz etme ve dedektör tasarımları geliştirme çabalarına katılıyor.
Başak İşbirliği şu anda Belçika, Fransa, Almanya, Macaristan, İtalya, Hollanda, Polonya ve İspanya dahil olmak üzere 14 farklı ülkedeki 119 kurumdan yaklaşık 650 üyeden oluşmaktadır. Avrupa Yerçekimi Gözlemevi (EGO), İtalya’da Pisa yakınlarındaki Başak dedektörüne ev sahipliği yapıyor ve Fransa’daki Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), İtalya’daki Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ve Hollanda’daki Nikhef tarafından finanse ediliyor.
KAGRA dedektörü Kamioka, Gifu, Japonya’da bulunmaktadır. Ev sahibi enstitü, Tokyo Üniversitesi’ndeki Kozmik Işın Araştırmaları Enstitüsü’dür (ICRR) ve proje, Japonya’daki Ulusal Astronomi Gözlemevi (NAOJ) ve Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu (KEK) tarafından ortaklaşa ev sahipliği yapıyor. KAGRA, 2019 yılında inşaatını tamamladı ve daha sonra LIGO ve Başak’ın uluslararası yerçekimi dalgası ağına katıldı. Gerçek veri alımı, Şubat 2020’de “O3b” olarak adlandırılan çalışmanın son aşaması sırasında başladı. KAGRA işbirliği, 11 ülke/bölgeden 470’in üzerinde üyeden oluşmaktadır.