Hur man fångar en gravitationsvåg. Världens första fångade gravitationsvågor skapades i en våldsam kollision mellan två svarta hål, 1,3 miljarder ljusår bort. När dessa vågor passerade jorden, 1,3 miljarder år senare, de hade försvagats avsevärt:störningen i rumtiden som LIGO mätte var tusentals gånger mindre än en atomkärna. Kreditera: LIGO
Den 25 april, 2019, National Science Foundations Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och den europeiskt baserade Virgo-detektorn registrerade gravitationsvågor från vad som troligen verkar vara en krasch mellan två neutronstjärnor – de täta resterna av massiva stjärnor som tidigare exploderade. En dag senare, den 26 april, LIGO-Virgo-nätverket upptäckte en annan kandidatkälla med en potentiellt intressant twist:den kan faktiskt ha varit resultatet av kollisionen mellan en neutronstjärna och ett svart hål, en händelse som aldrig tidigare bevittnats.
"Universum håller oss på tårna, säger Patrick Brady, talesman för LIGO Scientific Collaboration och professor i fysik vid University of Wisconsin-Milwaukee. "Vi är särskilt nyfikna på kandidaten den 26 april. Tyvärr, signalen är ganska svag. Det är som att lyssna på någon som viskar ett ord på ett hektiskt café; det kan vara svårt att urskilja ordet eller till och med vara säker på att personen viskade överhuvudtaget. Det kommer att ta lite tid att nå en slutsats om den här kandidaten."
"NSF:s LIGO, i samarbete med Virgo, har öppnat upp universum för framtida generationer av vetenskapsmän, " säger NSF-chefen France Cordova. "Än en gång, vi har sett det anmärkningsvärda fenomenet med en sammanslagning av neutronstjärnor, tätt följt av ytterligare en möjlig sammanslagning av kollapsade stjärnor. Med dessa nya upptäckter, vi ser LIGO-Virgo-samarbetena förverkliga sin potential att regelbundet producera upptäckter som en gång var omöjliga. Data från dessa upptäckter, och andra kommer säkert att följa, kommer att hjälpa det vetenskapliga samfundet att revolutionera vår förståelse av det osynliga universum."
Upptäcktena kommer bara veckor efter att LIGO och Jungfrun slog på igen. LIGO:s dubbla detektorer - en i Washington och en i Louisiana - tillsammans med Jungfrun, belägen vid European Gravitational Observatory (EGO) i Italien, återupptog sin verksamhet 1 april, efter att ha genomgått en serie uppgraderingar för att öka deras känslighet för gravitationsvågor – krusningar i rum och tid. Varje detektor övervakar nu större volymer av universum än tidigare, letar efter extrema händelser som smash-ups mellan svarta hål och neutronstjärnor.
"Att förena mänskliga krafter och instrument i LIGO- och Jungfrusamarbetena har återigen varit receptet på en ojämförlig vetenskaplig månad, och den nuvarande observationskörningen kommer att omfatta ytterligare 11 månader, " säger Giovanni Prodi, Jungfruns dataanalyskoordinator, vid universitetet i Trento och Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) i Italien. "Jungfrudetektorn fungerar med högsta stabilitet, täcker himlen 90 procent av tiden med användbar data. Detta hjälper till att peka på källorna, både när nätverket är i full drift och vid tillfällen då endast en av LIGO-detektorerna är i drift. Vi har mycket banbrytande forskningsarbete framför oss."
Förutom de två nya kandidaterna som involverar neutronstjärnor, nätverket LIGO-Virgo har, i denna senaste körning, upptäckte tre troliga sammanslagningar av svarta hål. Totalt, sedan han skrev historia med den första direkta upptäckten av gravitationsvågor någonsin 2015, nätverket har upptäckt bevis för två sammanslagningar av neutronstjärnor; 13 sammanslagningar av svarta hål; och en möjlig sammanslagning av svarta hål-neutronstjärnor.
När två svarta hål kolliderar, de förvränger tyget av rum och tid, producerar gravitationsvågor. När två neutronstjärnor kolliderar, de skickar inte bara ut gravitationsvågor utan också ljus. Det betyder att teleskop som är känsliga för ljusvågor över det elektromagnetiska spektrumet kan bevittna dessa eldiga nedslag tillsammans med LIGO och Jungfrun. En sådan händelse inträffade i augusti 2017:LIGO och Jungfrun upptäckte initialt en neutronstjärnes sammanslagning i gravitationsvågor och sedan, under dagarna och månaderna som följde, cirka 70 teleskop på marken och i rymden bevittnade de explosiva efterverkningarna i ljusvågor, inklusive allt från gammastrålar till optiskt ljus till radiovågor.
När det gäller de två senaste neutronstjärnekandidaterna, teleskop runt om i världen tävlade återigen för att spåra källorna och plocka upp ljuset som förväntas uppstå från dessa sammanslagningar. Hundratals astronomer riktade ivrigt teleskop mot fläckar av himlen som misstänks rymma signalkällorna. Dock, just nu, ingen av källorna har utpekats.
"Sökningen efter explosiva motsvarigheter till gravitationsvågssignalen är utmanande på grund av mängden himmel som måste täckas och de snabba förändringarna i ljusstyrka som förväntas, ", säger Brady. "Handelen av kandidater för sammanslagning av neutronstjärnor som hittas med LIGO och Jungfrun kommer att ge fler möjligheter att söka efter explosionerna under nästa år."
Neutronstjärnans sammanbrott den 25 april, dubbad S190425z, beräknas ha inträffat cirka 500 miljoner ljusår från jorden. Endast en av de dubbla LIGO-anläggningarna tog upp sin signal tillsammans med Jungfrun (LIGO Livingston bevittnade händelsen men LIGO Hanford var offline.) Eftersom endast två av de tre detektorerna registrerade signalen, uppskattningar av platsen på himlen varifrån den härrörde var inte exakta, lämnar astronomer att undersöka nästan en fjärdedel av himlen för källan.
Den möjliga kollisionen med neutronstjärna och svart hål den 26 april (kallad S190426c) beräknas ha ägt rum ungefär 1,2 miljarder ljusår bort. Den sågs av alla tre LIGO-Virgo-anläggningarna, vilket hjälpte till att begränsa dess läge till regioner som täcker cirka 1, 100 kvadratgrader, eller cirka 3 procent av den totala himlen.
"Den senaste LIGO-Jungfru-observationskörningen visar sig vara den mest spännande hittills, " säger David H. Reitze från Caltech, Verkställande direktör för LIGO. "Vi ser redan antydningar om den första observationen av ett svart hål som sväljer en neutronstjärna. Om det håller i sig, detta skulle vara en trifecta för LIGO och Jungfrun – om tre år, vi kommer att ha observerat alla typer av kollision med svarta hål och neutronstjärnor. Men vi har lärt oss att påståenden om upptäckter kräver en enorm mängd mödosamt arbete - kontroll och omkontroll - så vi måste se vart data tar oss."
