Byla zjištěna čtvrtá gravitační vlna

Ve spojení s LIGO vytvořil detektor Panny v Evropě své první gravitační vlny. Detekce tří observatoří umožnila vědcům lépe určit polohu sloučených černých děr.

Letecký pohled na interferometr Panny, v Itálii.
Spolupráce s pannou

Poprvé byly gravitační vlny pozorovány současně třemi detektory, což umožnilo relativně přesnou lokalizaci na obloze. GW170814, jak je signál oficiálně známý, byl také první gravitační vlnou „cítenou“ detektorem pokročilé panny Evropské gravitační observatoře poblíž italské Pisy.

Podle dokumentu Physical Review Letters od LIGO-Virgo Collaboration byly gravitační vlny, které dosáhly Země v pondělí 14. srpna v 10:30:43 UT, uvolněny kolizí dvou černých děr vážících 31 a 25 sluneční masy. Během fúze, která se odehrála ve vzdálenosti asi 1, 8 miliardy světelných let, byl energetický ekvivalent 3 solárních hmot vyzařován ve formě gravitačních vln, čímž zůstala černá díra o hmotnosti 53 solárních hmot.

Gravitační vlny - malé vlnky v samé struktuře časoprostoru - byly předpovídány Albertem Einsteinem v roce 1916, ale nebyly detekovány přímo do 14. září 2015 pomocí dvou identických detektorů LIGO (Gravitační vlnová observatoř laserového interferonu) v Livingstonu v Louisianě, a Hanford, Washington.

1. srpna letošního roku, po sérii upgradů ke zvýšení citlivosti, se detektor evropské Panny připojil k LIGO během druhého pozorovacího běhu, který trval do 25. srpna. Panna je stále méně citlivá než LIGO, ale relativně silný, 0, 27sekundový signál „Einsteinovy ​​vlny“ ze 14. srpna byl LIGO jasně detekován a byl také nad prahem Panny, říká mluvčí Panny Jo van den Brand (Národní ústav pro subatomovou fyziku, Nizozemí).

Jedním z důležitých odhalení objevů gravitačních vln je, že černé díry hvězdné hmoty mohou být mnohem masivnější, než se očekávalo. Dříve odhady hmotnosti založené na rentgenové emisi z černých děr v binárních systémech s hvězdami (fialové) nepřekročily 20 solárních hmot. Čtyři potvrzené detekce a detekce jednoho kandidáta (LVT151012) však ukazují na populaci hvězdných hmotných binárních černých děr, které překračují limit 20-solární hmoty.
LIGO / Panna

Je zajímavé, že pokud jde o hmotnosti černých děr, je tato nová událost velmi srovnatelná s dřívějšími detekcemi, zejména s GW150914 a GW170104. Astronomové si nejsou jisti, jak by se mohly tyto černé díry o vysoké hmotnosti tvořit, natož v binárních systémech. Teorie sahají od výbuchů supernov takzvaných hvězd Populace III (které by s jejich nízkým množstvím těžkých prvků byly schopny růst až k velkým hmotám a v případě, že by umíraly, mohutnější černé díry) až po sloučení více objektů v hustých hvězdných shlucích . Někteří vědci si dokonce myslí, že „těžké“ černé díry by mohly být pravěké narozené v bezprostředním důsledku Velkého třesku.

Astrofyzik Gijs Nelemans (Radboud University, Nizozemsko) je novým objevem nadšený. "Při dalším sloučení černé díry s vysokou hmotností je zřejmé, že první detekce nebyly náhodnými odlehlými hodnotami, " říká. Co bude opravdu zajímavé, dodává, je, pokud budoucí detekce odhalí různé masy, nebo pokud se shlukují kolem několika hodnot. Ten by mohl poukazovat na různé formační scénáře, vysvětluje.

Podle mluvčího LIGO Davida Shoemakera (Massachusetts Institute of Technology) se slabé vlnky vesmíru GW170814 nejprve dostaly k LIGO Livingston, poté zasáhly LIGO Hanford o 8 milisekund později a poté Pannu (o dalších 6 milisekund později). Tyto rozdíly načasování umožnily týmu odvodit směr, ze kterého vlny dorazily.

Tento diagram ukazuje oblast na nebeské sféře, ze které pochází GW170814. Data ve tvaru modrých banánů byla přesně popsána LIGO; žlutá oblast zahrnuje data Panny hlavní vylepšení.
LIGO / Panna / Mellinger

„S pouhými dvěma detekcemi LIGO měřila oblast nejistoty na obloze asi 1160 čtverečních stupňů, “ říká Shoemaker. "Přidáním údajů o Panně by to mohlo být sníženo na pouhých 60 čtverečních stupňů." Výsledný „chybový box“ je soustředěn na pravý vzestup 03 h 11 ma sklon 44 57, na hranici souhvězdí jižní polokoule Horologium (Hodiny) a Eridanus (Řeka) a právě na jihovýchod Thety Eridani.

60 metrů čtverečních je však stále hodně nebeským územím, když se snaží najít zdroj: Úplněk pokrývá méně než čtvrtinu čtverečního stupně. Ačkoli 25 různých zařízení provedlo okamžité následné sledování elektromagnetických protějšků, jak na zemi, tak ve vesmíru, nic nebylo nalezeno. To není překvapivé, protože astronomové neočekávají, že uvidí záblesky nebo záře způsobené kolizními černými dírami. Rychlá lokalizace však může být důležitá v budoucnu, kdy jsou (a pokud) gravitační vlny detekovány z kolizí neutronových hvězd.

Říká se, že LIGO a Panna již odhalily Einsteinovy ​​vlny z fúze neutronových hvězd někdy v srpnu, ale podrobnosti o této události a její následná pozorování ještě nebyly oficiálně zveřejněny. Totéž platí pro další kandidátské události, které se objevily začátkem tohoto roku během druhého pozorovacího běhu LIGO - tým měl více než půl tuctu „spouštěčů“, ale ne všechny z nich se mohou ukázat jako skutečné události. Van den Brand říká: „Existují další zajímavé události a jsou analyzovány.“

Dalším pozoruhodným aspektem nového objevu je rotace poslední černé díry: 70% maxima povoleného. Všechny předchozí objekty objevené společností LIGO mají podobné otočení. Astronomové navrhli, že kdykoli se černé díry s podobnými hmotami spojí, výsledný vytvořený objekt se bude otáčet touto „rychlostí“. GW170814 tuto teorii podporuje.