Den första upptäckten av gravitationsvågor (som ägde rum i september 2015) utlöste en revolution inom astronomin. Denna händelse bekräftade inte bara en teori förutspådd av Einsteins teori om allmän relativitet ett sekel tidigare, den inledde också en ny era där sammanslagningarna av avlägsna svarta hål, supernovaer och neutronstjärnor kunde studeras genom att undersöka deras resulterande vågor.
Dessutom har forskare teoretiserat att sammanslagningar av svart hål faktiskt kan vara mycket vanligare än tidigare trott. Enligt en ny studie som genomförts av par av forskare från Monash University, sker dessa sammanslagningar en gång per minut. Genom att lyssna på universums bakgrundsljud, hävdar de, kunde vi hitta bevis på tusentals tidigare oupptäckta händelser.
Deras studie, med titeln "Optimal sökning efter en astrofysisk gravitationsvågbakgrund", dykte nyligen upp i tidskriften Fysisk granskning X. Studien genomfördes av Rory Smith och Eric Thrane, en universitetslektor och en forskare vid Monash University. Båda forskarna är också medlemmar i ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Som de säger i sin studie, smälter ett par svarta hål i stellarmassa varannan i universum varannan till 10 minuter. En liten fraktion av dessa är tillräckligt stora för att den resulterande gravitationsvåghändelsen kan upptäckas av avancerade instrument som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory och Virgo Observatory. Resten bidrar dock till ett slags stokastiskt bakgrundsbrus.
Genom att mäta detta buller kan forskare kunna studera mycket mer i händelsernas sätt och lära sig mycket mer om gravitationsvågor. Som Dr Thrane förklarade i ett pressmeddelande från Monash University:
”Att mäta gravitationsvågbakgrunden gör det möjligt för oss att studera populationer av svarta hål på stora avstånd. En dag kan tekniken göra det möjligt för oss att se gravitationsvågor från Big Bang, dolda bakom gravitationella vågor från svarta hål och neutronstjärnor. ”
Drs Smith och Thrane är inga amatörer när det gäller studien av gravitationsvågor. Förra året var de båda inblandade i ett stort genombrott, där forskare från LIGO Scientific Collaboration (LSC) och Virgo Collaboration mätte gravitationsvågor från ett par sammanslagna neutronstjärnor. Det var första gången en neutronstjärnsammanslagning (alias en kilonova) observerades i både gravitationsvågor och synligt ljus.
Paret var också en del av Advanced LIGO-teamet som gjorde den första upptäckten av gravitationsvågor i september 2015. Hittills har sex bekräftade gravitationsvågshändelser bekräftats av LIGO och Virgo Collaborations. Men enligt Drs Thrane och Smith kan det hända så många som 100 000 händelser varje år som dessa detektorer helt enkelt inte är utrustade för att hantera.
Dessa vågor är vad som sammanförs för att skapa en gravitationsvågbakgrund; och även om de enskilda händelserna är för subtila för att detekteras, har forskare försökt utveckla en metod för att upptäcka det allmänna bruset i flera år. Förlitar sig på en kombination av datorsimuleringar av svaga svarthålssignaler och massor av data från kända händelser, Drs. Thrane och Smith påstår sig ha gjort just det.
Från detta kunde paret producera en signal inom den simulerade data som de tror är bevis på svaga fusioner av svart hål. När vi ser framåt hoppas Drs Thrane och Smith att tillämpa sin nya metod på riktiga data och är optimistiska för att det kommer att ge resultat. Forskarna kommer också att ha tillgång till den nya OzSTAR-superdatorn, som installerades förra månaden vid Swinburne University of Technology för att hjälpa forskare att leta efter gravitationsvågor i LIGO-data.
Den här datorn skiljer sig från dem som används av LIGO-communityn, som inkluderar superdatorerna på CalTech och MIT. I stället för att förlita sig på mer traditionella centrala processorenheter, använder OzGrav grafiska processorenheter - vilket kan vara hundratals gånger snabbare för vissa applikationer. Enligt professor Matthew Bailes, chef för OzGRav superdatorn:
"Det är 125 000 gånger kraftfullare än den första superdatorn som jag byggde vid institutionen 1998 ... Genom att utnyttja kraften hos GPU: er har OzStar potential att göra stora upptäckter inom gravitationsvågastronomi."
Det som har varit särskilt imponerande vid studien av gravitationsvågor är hur det har gått så snabbt. Från den första upptäckten 2015 har forskare från Advanced LIGO och Virgo nu bekräftat sex olika händelser och förutser att detektera många fler. Dessutom kommer astrofysiker till och med med sätt att använda gravitationsvågor för att lära sig mer om de astronomiska fenomen som orsakar dem.
Allt detta möjliggjordes tack vare förbättringar i instrumentering och växande samarbete mellan observatorier. Och med mer sofistikerade metoder som är utformade för att söka igenom arkivdata för ytterligare signaler och bakgrundsbuller, kommer vi att lära oss mycket mer om denna mystiska kosmiska kraft.
