LIGO-Virgo’nun O3a verilerinde on yeni yerçekimi dalgası bulundu

Son yedi yılda, LIGO-Virgo Collaboration’daki (LVC) bilim adamları 90 yerçekimi dalgası sinyali tespit ettiler. Yerçekimi dalgaları, ikili kara deliklerin (BBH) birleşmesi gibi felaketli olaylardan dışarı doğru akan uzay-zaman dokusundaki bozulmalardır. 2019’da altı ay boyunca devam eden en son deneysel çalışmanın ilk yarısındaki gözlemlerde, işbirliği 44 BBH olayından sinyaller bildirdi.

Ancak aykırı değerler verilerde saklanıyordu. Uluslararası bir astrofizikçi grubu, araştırmayı genişleterek verileri yeniden inceledi ve tümü LVC’nin orijinal analizinin tespit eşiğinin dışında olan 10 ek kara delik birleşimi buldu. Yeni birleşmeler, şimdilik sadece yerçekimi dalgası astronomisini kullanarak çalışmanın mümkün olduğu egzotik astrofizik senaryolara işaret ediyor.

Ph.D. Fizikçi Seth Olsen, “Yerçekimi dalgalarıyla, son birkaç milyar yılda birleşen çok çeşitli kara delikleri gözlemlemeye başlıyoruz” diyor. Princeton Üniversitesi’nde yeni analizi yöneten aday. Her gözlem, kara deliklerin nasıl oluştuğunu ve geliştiğini anlamamıza katkıda bulunur ve onları tanımanın anahtarı, sinyalleri gürültüden ayırmanın etkili yollarını bulmaktır.

Olsen, grubunun 11 Nisan’daki birleşmeleri nasıl bulduğunu anlatacak. bir oturum de APS Nisan Toplantısı 2022. sırasında medyadan gelen soruları da yanıtlayacak. çevrimiçi bir basın toplantısı 10 Nisan saat 10:00 EDT.

Özellikle, gözlemler hem yüksek hem de düşük kütleli kara deliklerden gelen fenomenleri içeriyordu ve birkaç kaynağın tespit edildiği kara delik kütle spektrumundaki tahmin edilen boşlukları dolduruyordu. Çoğu nükleer fizik modeli, yıldızların güneş kütlesinin yaklaşık 50 ila 150 katı arasında kütleye sahip kara deliklere dönüşemeyeceklerini öne sürüyor. Olsen, “Bu kütle aralığında bir kara delik bulduğumuzda, bu bize sistemin nasıl oluştuğuna dair daha fazla hikaye olduğunu söylüyor” diyor, “çünkü üst kütle boşluklu bir kara deliğin önceki bir karadeliğin ürünü olma ihtimali yüksek. birleşme.”

Nükleer fizik modelleri ayrıca, kütlesi güneşin iki katından daha az olan yıldızların kara delikler yerine nötron yıldızları haline geldiğini, ancak neredeyse gözlemlenen tüm kara deliklerin güneşin kütlesinin beş katından fazla olduğunu öne sürüyor. Düşük kütleli birleşme gözlemleri, nötron yıldızları ile bilinen en hafif kara delikler arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı olabilir. Olsen, hem üst hem de alt kütle boşlukları için az sayıda kara delik tespit edildiğini ancak yeni bulguların bu tür sistemlerin düşündüğümüzden daha yaygın olduğunu gösterdiğini söylüyor.

Yeni bulgular, bilim insanlarının daha önce hiç görmediği bir sistemi de içeriyor: Bir yönde dönen, ters yönde yörüngede dönen çok daha küçük bir kara deliği içine alan ağır bir kara delik. Olsen, “Daha ağır kara deliğin dönüşü yörünge ile tam olarak ters hizada değil,” diyor Olsen, “daha çok yanlara doğru ve baş aşağı arasında bir yerde eğimli, bu da bize bu sistemin BBH birleşmelerinin ilginç bir alt popülasyonundan gelebileceğini söylüyor. BBH yörüngeleri ile karadelik dönüşlerinin tümü rastgeledir.”

Kara delik birleşmeleri gibi olayları belirlemek, gözlemsel verilerdeki anlamlı sinyalleri arka plan gürültüsünden ayırt edebilen bir strateji gerektirir. Gürültülü bir yerde çalınsa bile müziği analiz edebilen ve çalınan şarkıyı tanımlayabilen akıllı telefon uygulamalarından farklı değil. Böyle bir uygulamanın müziği bir şablon veritabanıyla veya bilinen şarkıların frekans sinyalleriyle karşılaştırması gibi, yerçekimi dalgalarını bulmaya yönelik bir program da gözlem verilerini kara delik birleşmeleri gibi bilinen olayların bir kataloğuyla karşılaştırır.

10 ek olayı bulmak için Olsen ve işbirlikçileri, ilk olarak İleri Araştırmalar Enstitüsü’nde geliştirilen ve Princeton astrofizikçisi Matias Zaldarriaga’nın öncülük ettiği bir yöntem olan “IAS boru hattını” kullanarak LVC verilerini analiz ettiler. IAS boru hattı, LVC tarafından kullanılan boru hatlarından iki önemli şekilde farklıdır. İlk olarak, LVC boru hatlarının sinyal işleme ve hesaplama verimliliğini iyileştirmek için gelişmiş veri analizi ve sayısal teknikleri içerir. İkinci olarak, hızla dönen kara delikler gibi LVC yaklaşımlarının gözden kaçırma olasılığı en yüksek olan kaynaklara duyarlılık kazanmak için LVC yaklaşımlarının bulma olasılığı en yüksek olan kaynaklara yönelik bazı duyarlılığı feda eden istatistiksel bir metodoloji kullanır.

Daha önce, Zaldarriaga ve ekibi, LVC’nin önceki çalışmalarından gelen verileri analiz etmek için IAS boru hattını kullandı ve ilk çalıştırma analizinde gözden kaçırılan benzer şekilde kara delik birleşmelerini belirledi. Olsen, tüm evreni veya kara deliklerin oluşabileceği şaşırtıcı derecede geniş yol yelpazesini simüle etmenin hesaplama açısından mümkün olmadığını söylüyor. Ancak IAS boru hattı gibi araçlar, “gelecekte daha da doğru modellerin temelini atabilir” diyor.