Astronomowie poszukują pozostałości po przejściu fal grawitacyjnych

Astronomowie regularnie obserwują fale grawitacyjne (GW) – zmarszczki czasoprzestrzeni – powstałe w zderzeniach par czarnych dziur. Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że GW, które rozciągają i ściskają przestrzeń, na stałe zniekształcają przestrzeń, pozostawiając po sobie “pozostałość/pamięć” fali. Niemniej jednak, jak na razie efekt ten jeszcze nie został dostrzeżony, bowiem powinien być on ekstremalnie mały i pozostawia po sobie niewiarygodnie słabe ślady.

Badacze z ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) na Uniwersytecie Monash opracowali w końcu metodę poszukiwania i wykrywania pamięci GW. W niedawno opublikowanym artykule naukowym, doktorant Moritz Huebner tłumaczy jakim wyzwaniem jest poszukiwanie pamięci po GW w trakcie analizowania danych z licznych obserwacji. Huebner zaprezentuje swoje wyniki już 6 lutego w Australian National Institute for Theoretical Astrophysics (ANITA).

Modele naukowe sugerują, że pamięć po przejściu fali grawitacyjnej pozostawi ekstremalnie mały ślad w detektorze, znacznie mniejszy od samych fal pochodzących ze zderzenia czarnych dziur. Tym samym, do odkrycia niezbędne jest zebranie danych z wielu zderzeń prowadzących do powstania fal grawitacyjnych. W tym celu, zespół badawczy wykorzystał jedne z najbardziej precyzyjnych modeli fal grawitacyjnych i pamięci o nich, pochodzace z badań procesów łączenia czarnych dziur.

“Nasze algorytmy dokładnie przeczesują dane i mierzą dowody na istnienie pamięci o przejściu fal grawitacyjnych” mówi Huebner.

Dla każdej obserwacji procesu łączenia czarnych dziur, metoda ta wymaga setek godzin pracy normalnego komputera, w celu przeanalizowania wszystkich możliwości wyjaśnienia danego sygnału GW – to sprowokowało naukowców do skupienia się na dopracowaniu ustawień i redukcji czasu wymaganego do obliczeń, bez pogarszania wyników. Jak dotąd wyniki poszukiwań zastosowane do pierwszych 10 obserwowanych zderzeń czarnych dziur (Virgo i LIGO, 2015-2017) nie pozwoliły nic stwierdzić. LIGO i Virgo wciąż nie są wystarczająco czułe, aby powiedzieć nam cokolwiek o pamięci po przejściu GW.

W trakcie swoich badań, badacze odkryli, że opracowana przez nich metoda potrzebuje danych z około 2000 procesów łączenia czarnych dziur, aby móc wykryć pamięć po przejściu GW. Choć wydaje się to niemożliwe, badacze spodziewają się dojść do tego poziomu w połowie lat dwudziestych.

Źródło: ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery