Naukowcy z University of Minnesota Twin Cities College of Science and Engineering byli współautorami nowego badania międzynarodowego zespołu, które usprawni wykrywanie fal grawitacyjnych – zmarszczek w przestrzeni i czasie.
Celem badań jest wysyłanie ostrzeżeń do astronomów i astrofizyków w ciągu 30 sekund po wykryciu, co pomoże lepiej zrozumieć gwiazdy neutronowe i czarne dziury oraz sposób powstawania ciężkich pierwiastków, w tym złota i uranu.
Wyniki opublikowano niedawno w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Fale grawitacyjne oddziałują z czasoprzestrzenią, ściskając ją w jednym kierunku i rozciągając w kierunku prostopadłym. Właśnie dlatego obecne, najnowocześniejsze detektory fal grawitacyjnych mają kształt litery L i mierzą względne długości lasera za pomocą interferometrii – metody pomiaru, która analizuje wzorce interferencji wytwarzane przez połączenie dwóch źródeł światła. Wykrywanie fal grawitacyjnych wymaga dokładnego pomiaru długości lasera: co odpowiada zmierzeniu odległości do najbliższej gwiazdy, oddalonej o około cztery lata świetlne, aż do szerokości ludzkiego włosa.
Badania te są częścią współpracy LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), sieci interferometrów fal grawitacyjnych na całym świecie.
W najnowszej kampanii symulacyjnej wykorzystano dane z poprzednich okresów obserwacji i dodano sygnały symulowanych fal grawitacyjnych, aby pokazać wydajność aktualizacji oprogramowania i sprzętu. Oprogramowanie może wykryć kształt sygnału, śledzić jego zachowanie i oszacować, jakie masy wchodzą w skład zdarzenia, takiego jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury. Gwiazdy neutronowe to najmniejsze i najgęstsze znane nam gwiazdy, które powstają, gdy masywne gwiazdy eksplodują w postaci supernowych.
Gdy oprogramowanie to wykryje sygnał fali grawitacyjnej, wysyła alerty do abonentów, którymi zwykle są astronomowie lub astrofizycy, w celu poinformowania, gdzie na niebie znajdował się sygnał. Dzięki ulepszeniom w tym okresie obserwacji naukowcy są w stanie wysyłać powiadomienia szybciej, w czasie krótszym niż 30 sekund, po wykryciu fali grawitacyjnej.
„Dzięki temu oprogramowaniu możemy wykryć falę grawitacyjną powstającą w wyniku zderzeń gwiazd neutronowych, która zwykle jest zbyt słaba, aby ją dostrzec, jeśli nie wiemy dokładnie, gdzie szukać” – powiedział dr Andrew Toivonen. studentka Szkoły Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Minnesota Twin Cities. „Wykrycie najpierw fal grawitacyjnych pomoże zlokalizować kolizję i pomoże astronomom i astrofizykom w ukończeniu dalszych badań”.
Astronomowie i astrofizycy mogliby wykorzystać te informacje, aby zrozumieć, jak zachowują się gwiazdy neutronowe, zbadać reakcje jądrowe między zderzającymi się gwiazdami neutronowymi i czarnymi dziurami oraz w jaki sposób powstają ciężkie pierwiastki, w tym złoto i uran.
To czwarta seria obserwacyjna z wykorzystaniem laserowego interferometrycznego obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO), która będzie prowadzić obserwacje do lutego 2025 r. Pomiędzy trzema ostatnimi okresami obserwacyjnymi naukowcy ulepszyli wykrywanie sygnałów. Po zakończeniu tej serii obserwacji badacze będą nadal analizować dane i wprowadzać dalsze ulepszenia, aby jeszcze szybciej wysyłać powiadomienia.