Konsorcjum naukowców związanych z LIGO i Virgo wykryło fale grawitacyjne pochodzące z dziesięciu układów podwójnych czarnych dziur i jednego układu podwójnego gwiazd neutronowych. Siedem z tych detekcji było ogłoszonych wcześniej, cztery zostały przedstawione 1 grudnia po raz pierwszy.

Na konferencji „Gravitational Wave Physics and Astronomy” w College Park w Maryland (USA) naukowcy przedstawili nowe wyniki dotyczące obserwacji fal grawitacyjnych emitowanych przez układy podwójne obiektów zwartych (czarnych dziur i gwiazd neutronowych), uzyskane w pierwszej i drugiej kampanii obserwacyjnej prowadzonej przez sieć zaawansowanych detektorów fal grawitacyjnych: dwa finansowane przez NSF detektory LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) oraz europejski detektor Virgo.

Cztery nowe detekcje fal grawitacyjnych

Podczas pierwszej kampanii obserwacyjnej (O1) trwającej od 12 września 2015 roku do 19 stycznia 2016 roku, przeprowadzonej przez wciąż udoskonalane detektory Advanced LIGO, wykryto fale grawitacyjne z trzech zderzeń czarnych dziur w układach podwójnych. Druga kampania obserwacyjna (O2) trwała od 30 listopada 2016 roku do 25 sierpnia 2017 roku. Na liście wyników obserwacji tej kampanii znajduje się pierwsza obserwacja zderzenia się dwóch gwiazd neutronowych oraz siedem kolizji czarnych dziur. Obecnie przedstawione zostały cztery nowe detekcje fal grawitacyjnych wykrytych podczas kampanii O2: GW170729, GW170809, GW170818 i GW170823 (oznaczenia pochodzą od daty dokonania detekcji).

Nowy sygnał GW170729, trzecie zdarzenie wykryte w kampanii O2 29 lipca 2017 roku, to najbardziej masywne i odległe źródło fal grawitacyjnych, jakie do tej pory zaobserwowano. To zderzenie czarnych dziur miało miejsce prawie 9 miliardów lat temu. Wyemitowana została energia odpowiadająca niemal pięciu mas Słońca w postaci fal grawitacyjnych.

Interferometr Advanced Virgo rozpoczął obserwacje 1 sierpnia 2017 roku. Sieć trzech detektorów LIGO-Virgo działała wspólnie przez jedynie trzy i pół tygodnia, ale w tym okresie zarejestrowano pięć interesujących sygnałów. Dwa sygnały, GW170814 i GW170817, zostały już wcześniej ogłoszone. Sygnał GW170814 był pierwszą zarejestrowaną przez sieć trzech detektorów obserwacją ostatnich chwil układu podwójnego czarnych dziur, co umożliwiło pierwsze testy polaryzacji fal grawitacyjnych (cechy fal analogicznej do polaryzacji światła). Trzy dni później zarejestrowano sygnał GW170817: pierwszy sygnał fal grawitacyjnych pochodzących z układu podwójnego gwiazd neutronowych. Zaobserwowano zarówno fale grawitacyjne jak i fale elektromagnetyczne, co dało początek  astronomii wieloaspektowej (ang. multi-messenger astronomy), polegającej na obserwacji obiektów astrofizycznych za pomocą różnego typu promieniowania.

Na liście nowych sygnałów jest też GW170818, będący kolejnym sygnałem wykrytym przez globalną sieć trzech detektorów LIGO-Virgo. Położenie na niebie układu podwójnego, będącego źródłem tego sygnału, znajdującego się około 2,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, zostało ustalone z dokładnością 39 stopni kwadratowych. Jest to, po sygnale GW170817, najlepiej do tej pory zlokalizowane źródło fal grawitacyjnych.

Sieci detektorów

– Cieszy fakt, że nowe możliwości stają się dostępne dzięki dodaniu Advanced Virgo do globalnej sieci detektorów – mówi Jo van den Brand z Nikhef (Holenderski Narodowy Instytut Fizyki Subatomowej) i Uniwersytetu w Amsterdamie, rzecznik konsorcjum Virgo. – Zwłaszcza nasza znacznie ulepszona dokładność lokalizacji na niebie umożliwi astronomom szybkie znalezienie interesujących ich obiektów powiązanych ze źródłami fal grawitacyjnych.

Sukces ten jest możliwy dzięki wykorzystaniu możliwości, jakie dają obserwacje prowadzone za pomocą nie pojedynczego detektora, lecz sieci detektorów: wykorzystuje się opóźnienia czasowe przybycia sygnału do poszczególnych detektorów oraz różnice charakterystyki anteny detektorów.

Łącznie 11 detekcji fal grawitacyjnych uzyskano dzięki trzem niezależnym analizom danych z kampanii O1 i O2.

Artykuł opisujący te nowe odkrycia opublikowany 3 grudnia 2018 roku w repozytorium elektronicznych preprintów arXiv zawiera szczegółowe informacje w postaci katalogu wszystkich wykrytych fal grawitacyjnych i zdarzeń o mniejszej istotności statystycznej z dotychczasowych kampanii obserwacyjnych. Dzięki bardziej zaawansowanemu przetwarzaniu danych i lepszej kalibracji instrumentów dokładność oszacowania astrofizycznych parametrów wcześniej ogłoszonych zdarzeń znacznie wzrosła.

– Wyniki pierwszych dwóch kampanii obserwacyjnych pokazują ogromny potencjał naukowy sieci detektorów fal grawitacyjnych – mówi Viviana Fafone, koordynator INFN ds. współpracy Virgo, a Benoit Mours, koordynator CNRS ds. konsorcjum Virgo, dodaje: – Publikacja katalogu oznacza przejście od pierwszych pionierskich detekcji do systematycznego wykorzystywania źródeł fal grawitacyjnych dla nauki.