Den 11 februari 2016 gjorde forskare vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historia när de tillkännagav den första upptäckten av gravitationsvågor (GWs). Sedan den tiden har flera upptäckter ägt rum och vetenskapliga samarbeten mellan observatorier - som Advanced LIGO och Advanced Virgo - möjliggör en aldrig tidigare skådad nivå av känslighet och datadelning.
Tidigare hade sju sådana händelser bekräftats, varav sex orsakades av sammanslagningar av binära svarta hål (BBH) och en av sammanslagningen av en binär neutronstjärna. Men på lördagen den 1 december presenterade ett team av forskare LIGO Scientific Collaboration (LSC) och Virgo Collaboration nya resultat som indikerade upptäckten av ytterligare fyra gravitationsvåghändelser. Detta ger det totala antalet GW-händelser som upptäckts under de senaste tre åren till elva.
Presentationen, med titeln “Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo”, gjordes under 2018 Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) - som ägde rum från 1 december till dec. 4: e på University of Maryland.
Detta årliga evenemang är värd av Joint Space-Science Institute (JSI), ett partnerskap mellan University of Maryland och NASA: s Goddard Space Flight Center, och samlar forskare och forskare från hela världen för att diskutera aktuella och framtida frågor relaterade till upptäckt och studie av gravitationsvågor.
Under presentationen presenterade Michael Pürrer - en äldre forskare i Astrophysical och Cosmological Relativity-divisionen vid AEI Potsdam - resultaten på den första katalogen på GWPAW på lördag på uppdrag av LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. Dessa inkluderade de sju tidigare upptäckta händelserna och de fyra nyligen upptäckta. Som han sade under presentationen:
”I den här katalogen presenterar vi en grundlig analys av alla 11 gravitationsvågdetekteringar som finns i O1 och O2. Vi förlitar oss på modernaste modeller av gravitationsvågformen som släpps ut från dessa kataklysmiska händelser för att dra slutsatsen om binärernas massor, snurr och tidvattendeformabiliteter. Jag är mycket stolt över att ha varit en del av denna enastående insats av LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. ”
De nya händelserna, som alla var resultatet av sammanslagningar av BBH, betecknas GW170729, GW170809, GW170818 och GW170823 baserat på de datum de upptäcktes. Alla fyra upptäcktes under LIGO och VIRGO: s andra observationsrörelse (O2), som varade från 30 november 2016 till 25 augusti 2017.
Alessandra Buonanno, chef för avdelningen Astrophysical and Cosmological Relativity vid AEI-Potsdam och College Park-professorn vid University of Maryland, var en viktig bidragsgivare till dessa fynd. Som hon påpekade i ett nyligen pressmeddelande från AEI:
”Avancerade vågformsmodeller, avancerad databehandling och bättre kalibrering av instrumenten har gjort det möjligt för oss att uttala astrofysiska parametrar för tidigare tillkännagivna händelser mer exakt. Jag ser fram emot nästa observationscykel våren 2019, där vi räknar med att upptäcka mer än två svarthålssammanslagningar per månad av insamlade data! ”
Enligt teamets resultat spänner de observerade BBH: erna över ett brett spektrum av komponentmassor, från 7,6 till 50,6 solmassor. De fann också att i två av BBH: er (GW151226 och GW170729) är det mycket troligt att minst ett av de svarta hålen snurrar. Men viktigast av allt, de nya upptäckterna satte två nya rekord i studien av GW: er.
Till exempel, händelsen känd som GW170818 var belägen på himlen med kort noggrannhet på den norra himmelhalvan av LIGO och Virgo observatorier. I själva verket identifierades det med en precision på 39 kvadratgrader (195 gånger fullmånens uppenbara storlek), vilket gör den till den bästa lokaliserade BBH hittills.
Dessutom var händelsen känd som GW170729 den mest massiva och avlägsna gravitationsvågkällan som hittills observerats. Förutom att involvera ett svart hålpar som hade en kombinerad massa mer än 50 gånger solens, fusionen ägde rum för 5 miljarder år sedan och släppte motsvarigheten till nästan fem solmassor i form av gravitationsstrålning.
Med tanke på framtiden hoppas teamet att göra fler upptäckter under den tredje observationslöpningen (O3) av Advanced LIGO och Virgo, som planeras starta i början av 2019. Denna körning kommer att dra nytta av ytterligare känslighetsuppgraderingar till LIGO och Virgo, liksom inkludering av Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) observatorium i Japan (möjligen mot slutet av O3).
Som Karsten Danzmann, chef för divisionen Laserinterferometri och gravitationsvågastronomi vid AEI-Hannover, uttryckte:
"Jag är glad över att många av de avancerade detektorteknologier som utvecklats vid vår GEO600-detektor har bidragit till att O2 körs så känslig och att i O3 kommer en annan teknik som är banbrytande på GEO600, pressad ljus, att användas i LIGO och Virgo."
Med dessa uppgraderingar och tillägget av KAGRA förväntas många tiotals GW-händelser till följd av sammanslagningen av binära system under de kommande åren. Dessa senaste resultat erbjuder också ytterligare validering av LIGO- och Virgo-observatoriets instrument samt effektiviteten i det internationella samarbetet bakom dem.
Och med upptäckten av ytterligare fyra GW-händelser har antalet fallstudier som forskare kan dra insikter från ökat med nästan 50%. På så sätt kommer de att kunna lära sig mer om populationen av binära system som orsakar GW-händelser, för att inte tala om hur mycket dessa sammanslagningar sker.
Resultaten av teamets sökningar presenterades också i två artiklar som nyligen dök upp online. Det första uppsatsen, "GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalogue of Compact Binary Fergers Observed by LIGO and Virgo under First and Second Observing Runs, presenterar en detaljerad katalog över alla gravitationsvågdetekteringar.
Det andra uppsatsen, "Binary Black Hole Population Properties inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo", beskriver egenskaperna hos den sammanslagande svarthålpopulationen. LIGO finansieras av National Science Foundation (NSF) och drivs av Caltech och Massachusetts Institute of Technology (MIT).
