Laserinterferometern Gravitationsvågsobservatorium (LIGO) har gjort en tredje upptäckt av gravitationella vågor, krusningar i rum och tid, visar att ett nytt fönster inom astronomi har öppnats ordentligt. Som var fallet med de två första upptäckten, vågorna genererades när två svarta hål kolliderade för att bilda ett större svart hål.

Det nyfunna svarta hålet, bildades genom sammanslagningen, har en massa ungefär 49 gånger vår sol. Detta fyller ett gap mellan massorna av de två sammanslagna svarta hålen som upptäcktes tidigare av LIGO, med solmassor på 62 (första detekteringen) och 21 (andra detektionen).

"Vi har ytterligare bekräftelse på förekomsten av svarta hål med stjärnmassa som är större än 20 solmassor-det här är föremål som vi inte visste fanns innan LIGO upptäckte dem, "säger MIT:s David Shoemaker, den nyvalda talesmannen för LIGO Scientific Collaboration (LSC), en kropp på mer än 1, 000 internationella forskare som utför LIGO-forskning tillsammans med det europeiska Virgo Collaboration. "Det är anmärkningsvärt att människor kan sätta ihop en historia, och testa det, för sådana konstiga och extrema händelser som ägde rum för miljarder år sedan och miljarder ljusår avlägsna från oss. Hela LIGO och Virgo -vetenskapliga samarbeten arbetade med att sätta ihop alla dessa bitar. "

Den nya upptäckten inträffade under LIGO:s nuvarande observationskörning, som började den 30 november 2016, och kommer att fortsätta under sommaren. LIGO är ett internationellt samarbete med medlemmar runt om i världen. Dess observationer utförs av två detektorer - en i Hanford, Washington, och den andra i Livingston, Louisiana - drivs av Caltech och MIT med finansiering från National Science Foundation (NSF).

LIGO gjorde den första någonsin direkta observationen av gravitationella vågor i september 2015 under sin första observationsrunda sedan genomgått stora uppgraderingar i ett program som heter Advanced LIGO. Den andra upptäckten gjordes i december 2015. Den tredje upptäckten, ringde GW170104 och gjordes den 4 januari, 2017, beskrivs i ett nytt papper godkänt för publicering i tidningen Fysiska granskningsbrev .

I alla tre fallen, var och en av de två detektorerna i LIGO detekterade gravitationella vågor från de enormt energiska sammanslagningarna av par med svarta hål. Dessa är kollisioner som ger mer kraft än vad som utstrålas som ljus av alla stjärnor och galaxer i universum vid varje given tidpunkt. Den senaste upptäckten verkar vara den längsta än, med de svarta hålen belägna cirka 3 miljarder ljusår bort. (De svarta hålen i den första och andra upptäckten ligger 1,3 och 1,4 miljarder ljusår bort, respektive.)

Den senaste observationen ger också ledtrådar om i vilka riktningar de svarta hålen snurrar. Som par av svarta hål spiral runt varandra, de snurrar också på sina egna axlar - som ett par skridskoåkare som snurrar var för sig medan de också kretsar runt varandra. Ibland snurrar svarta hål i samma övergripande orbitalriktning som paret rör sig - vad astronomer hänvisar till som inriktade snurr - och ibland snurrar de i motsatt riktning av orbitalrörelsen. Vad mer, svarta hål kan också lutas bort från orbitalplanet. Väsentligen, svarta hål kan snurra åt alla håll.

De nya LIGO-data kan inte avgöra om de nyligen observerade svarta hålen lutade men de antyder att minst ett av de svarta hålen kan ha varit icke-inriktade jämfört med den totala orbitalrörelsen. Fler observationer med LIGO behövs för att säga något definitivt om snurr på binära svarta hål, men dessa tidiga data ger ledtrådar om hur dessa par kan bildas.

"Det här är första gången som vi har bevis för att de svarta hålen kanske inte är inriktade, ger oss bara en liten antydan om att binära svarta hål kan bildas i täta stjärnkluster, "säger Bangalore Sathyaprakash från Penn State och Cardiff University, en av redaktörerna för det nya tidningen, som är författad av hela LSC och Virgo Collaborations.

Det finns två primära modeller för att förklara hur binära par av svarta hål kan bildas. Den första modellen föreslår att de svarta hålen föds tillsammans:de bildas när varje stjärna i ett par stjärnor exploderar, och då, eftersom de ursprungliga stjärnorna snurrade i linje, de svarta hålen förblir troligen i linje.

I den andra modellen, de svarta hålen samlas senare i livet i trånga stjärnkluster. De svarta hålen kopplas ihop efter att de sjunkit till mitten av ett stjärnkluster. I detta scenario, de svarta hålen kan snurra i vilken riktning som helst i förhållande till deras omloppsrörelse. Eftersom LIGO ser några bevis på att GW170104 svarta hål inte är inriktade, data gynnar något denna täta stjärnklusterteori.

"Vi börjar samla in verklig statistik om binära black hole -system, "säger Keita Kawabe från Caltech, även redaktör för tidningen, som är baserad på LIGO Hanford Observatory. "Det är intressant eftersom vissa modeller av svart håls binärbildning är något gynnade framför de andra även nu och, i framtiden, vi kan ytterligare begränsa detta. "

Studien testar också återigen Albert Einsteins teorier. Till exempel, forskarna letade efter en effekt som kallas dispersion, som uppstår när ljusvågor i ett fysiskt medium som glas färdas med olika hastigheter beroende på deras våglängd; så här skapar ett prisma en regnbåge. Einsteins allmänna relativitetsteori förbjuder spridning i gravitationsvågor när de sprids från sin källa till jorden. LIGO fann inte bevis för denna effekt.

"Det ser ut som att Einstein hade rätt - även för den här nya händelsen, som är ungefär två gånger längre bort än vår första upptäckt, "säger Laura Cadonati från Georgia Tech och vice talesman för LSC." Vi kan inte se någon avvikelse från förutsägelserna om allmän relativitet, och detta större avstånd hjälper oss att göra detta uttalande med mer självförtroende. "

"LIGO -instrumenten har uppnått imponerande känsligheter, "konstaterar Jo van den Brand, talesman för Jungfrun, en fysiker vid Dutch National Institute for Subatomic Physics (Nikhef) och professor vid VU University i Amsterdam. "Vi förväntar oss att till sommaren Jungfrun, den europeiska interferometern, kommer att utöka nätverket av detektorer, hjälper oss att bättre lokalisera signalerna. "

LIGO-Virgo-teamet fortsätter att söka efter de senaste LIGO-data efter tecken på rymd-tids krusningar från kosmos långt. De arbetar också med tekniska uppgraderingar för LIGO:s nästa körning, planeras att börja i slutet av 2018, under vilken detektorns känslighet kommer att förbättras.

"Med den tredje bekräftade upptäckten av gravitationella vågor från kollisionen mellan två svarta hål, LIGO etablerar sig som ett kraftfullt observatorium för att avslöja universums mörka sida, "säger David Reitze från Caltech, verkställande direktör för LIGO Laboratory. "Medan LIGO är unikt lämpad för att observera denna typ av händelser, vi hoppas att se andra typer av astrofysiska händelser snart, som den våldsamma kollisionen mellan två neutronstjärnor. "