Forskare upptäcker en annan omgång av gravitationsvågor

Världen blev bedövas när forskare vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) tillkännagav i februari hade de äntligen upptäckt gravitationsvågor och löste en århundradig utredning som började med Albert Einstein.

Tja, håll fast på dina rumpor - LIGO superstjärnorna har gjort det igen. Många månader efter att de gjorde mätningarna av de första gravitationsvågssignalerna lyckades LIGOs instrument upptäcka gravitationsvågor en gång till - igen ett resultat av ett par svarta hål som kraschar i varandra - den här julen. Resultaten publiceras i senaste numret av Fysiska granskningsbrev.

På en presskonferens som hålls av det amerikanska astronomiska samhället i San Diego idag, lovordade Gabriela González, LIGOs vetenskapliga samarbetspartner (LSC) talesmedlem, att LIGOs detektorer, som ännu inte körs i full kapacitet, kan lära sig att hämta sådana svaga signaler. "Trots att dessa är så små upptäckte dessa LIGO-instrument på jorden mycket tydligt dessa gravitationsvågor," sa hon. "Med detta kan vi nu berätta att eran med gravitationsvågströms astronomi bara har börjat."

Andra LIGO-forskare echoed Gonzálezs glädje - och överraskning - att upptäcka ett annat par binära svarta hål inom ett år.

"Jag skulle aldrig ha gissat att vi skulle vara så lyckliga att ha, inte bara en, utan två definitiva binära svarta hålavkännanden inom de första månaderna av observationerna", säger Chad Hanna, en astrofysiker vid Penn State University ansluten till LIGO, i ett PSU-pressmeddelande.

Gravitationsvågor benämns ofta ringar i rymdtid som orsakas av massans närvaro. De behöver inte nödvändigtvis do något, men de är en viktig indikator på att tyngdkraften, ja, existerar. Gravitationsvågor bär väsentligen information om gravitationens natur, varför och hur större massor ålägger gravitatione på mindre massor och mer.

December-signalen var resultatet av ett par svarta hål fjorton och åtta gånger solens massa respektive kolliderar i varandra för att bilda ett enda massivt svart hål ungefär 21 gånger solens massa, allt händer 1,4 miljarder för flera år sedan. Det är en betydligt mindre händelse än den första svarta hålfusionen som observerades i september - bestående av ett par svarta hål 29 och 36 gånger mer massiva än solen, och utvisar mer energi än alla universumens stjärnor sammanförde - men det är inte en negativ alls.

Att observera gravitationella vågor som produceras av en svagare himmelsk händelse är faktiskt en ganska uppmuntrande utveckling. Om forskare hoppas att studera gravitationsvågor mer djupt, vill de göra så många mätningar som möjligt, från alla slags kosmiska fenomen. För LIGOs instrument att hämta på något mindre massivt är ett kraftfullt steg framåt.

Det är väldigt viktigt att dessa svarta hål var mycket mindre massiva än de som observerades vid den första upptäckten, säger González i ett pressmeddelande från MIT. "På grund av deras lättare massa jämfört med den första upptäckten spenderade de mer tid - ungefär en sekund - i detektorns känsliga band. Det är en lovande början att kartlägga populationerna av svarta hål i vårt universum."

På AAS-konferensen bekräftade David Reitze, verkställande direktör för LIGO-projektet, planer på att öka sensorns känslighet med 15-25 procent före nästa gång i höst. "Framtiden kommer att vara full av binära svarta hålfusioner för LIGO," sa han. "Vi kommer att se mycket mer av dessa." Han antyder också på LIGOs sökning efter andra händelser än binära svarta hålfusioner. Kollisionen av binära neutronstjärnor, sade han, kan också snart upptäckas.

Resultaten föreslår också att black hole-fusioner är mycket vanligare än vetenskapsmän som ursprungligen trodde.

Gravitationsvågor är ultra svårt att mäta på grund av hur svag de är. Forskare mäter gravitationella vågor genom ett instrument som kallas en interferometer, som i huvudsak producerar en specialiserad laser som löper över mycket stora avstånd som är känslig nog för att detektera närvaron av dessa signaler som rör sig genom.

LIGO använder två olika interferometrar (en i Livingston, Louisiana och en i Hanford, Washington) som ett sätt att både mäta vågorna och verifiera att signalen är en gravitationsvåg och inte bara en avvikelse orsakad av lokal geologisk rörelse eller andra faktorer.

Även om LIGO har varit i drift sedan 2002, är orsaken till att vi börjar hitta gravitationella vågor tack vare en stor uppgradering av båda interferometrarna (plus den Italienbaserade Virgo-interferometern) som undergick förra året. Faktum är att de första signalerna hittades bara dagar efter att uppgraderingarna var färdiga. Naturligtvis är dessa renoveringar alltid överträffade förväntningarna.

Beskrivande av LIGO: s framtida projekt diskuterade Reitze planer på att bygga en annan detektor i Indien. "Förhoppningsvis kommer vi att få fem detektorer att gå in på nästa årtionde," sade han och hänvisade också till detektorerna Hanford och Livingston, Italiens Jungfru och KAGRA, som för närvarande är under uppbyggnad i Japan. Det är hoppas att det med fler detektorer kommer att tillåta forskare att inte bara sopa en större sväng av himlen för gravitationsvågsevenemang utan också bättre lokalisera dem, i en process som liknar triangulering.

De nya resultaten är inte bara en extra dataset till den nu växande katalogen över gravitationsvågdata. Forskare förväntar sig att utnyttja siffrorna som en del av ett försök att bilda förutsägelser om vilka slags händelser som kommer att producera mätbara gravitationsvågor, där dessa händelser har inträffat, och när man ska förvänta sig de gravitationsvågorna att nå jorden.

"Visst kommer vi att se mycket mer svarta hål, förhoppningsvis binära neutroner, och om vi har tur, en supernova," sa Reitze på AAS-konferensen. "Gravitationsvåg astronomi är verklig. Var här."