Forskare vid University of Minnesota Twin Cities College of Science and Engineering ledde en ny studie av ett internationellt team som kommer att förbättra upptäckten av gravitationsvågor – krusningar i rum och tid.
Forskningen syftar till att skicka varningar till astronomer och astrofysiker inom 30 sekunder efter upptäckten, vilket hjälper till att förbättra förståelsen av neutronstjärnor och svarta hål och hur tunga grundämnen, inklusive guld och uran, produceras.
Artikeln, med titeln "Låg latens gravitationsvågvarningsprodukter och deras prestanda vid tiden för den fjärde LIGO-Virgo-KAGRA-observationskörningen", publicerades nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Gravitationsvågor interagerar med rumtiden genom att komprimera den i en riktning samtidigt som den sträcker sig i vinkelrät riktning. Det är därför de senaste gravitationsvågsdetektorerna är L-formade och mäter de relativa längderna av lasern med hjälp av interferometri, en mätmetod som tittar på interferensmönstren som produceras av kombinationen av två ljuskällor.
Att upptäcka gravitationsvågor kräver att man mäter laserns längd till exakta mätningar:motsvarande mätning av avståndet till närmaste stjärna, cirka fyra ljusår bort, ner till bredden på ett människohår.
Denna forskning är en del av LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Collaboration, ett nätverk av gravitationsvåginterferometrar över hela världen.
I den senaste simuleringskampanjen användes data från tidigare observationsperioder och simulerade gravitationsvågssignaler lades till för att visa prestandan för mjukvaran och utrustningsuppgraderingarna. Programvaran kan upptäcka formen på signaler, spåra hur signalen beter sig och uppskatta vilka massor som ingår i händelsen, som neutronstjärnor eller svarta hål. Neutronstjärnor är de minsta, tätaste stjärnorna som man känner till och bildas när massiva stjärnor exploderar i supernovor.
När den här programvaran upptäcker en gravitationsvågssignal skickar den ut varningar till abonnenter, som vanligtvis inkluderar astronomer eller astrofysiker, för att kommunicera var signalen fanns på himlen. Med uppgraderingarna under denna observationsperiod kan forskare skicka varningar snabbare, under 30 sekunder, efter upptäckten av en gravitationsvåg.
"Med den här programvaran kan vi upptäcka gravitationsvågen från kollisioner med neutronstjärnor som normalt är för svaga för att se om vi inte vet exakt var vi ska leta", säger Andrew Toivonen, doktor. student vid University of Minnesota Twin Cities School of Physics and Astronomy.
"Att detektera gravitationsvågorna först kommer att hjälpa till att lokalisera kollisionen och hjälpa astronomer och astrofysiker att slutföra ytterligare forskning."
Astronomer och astrofysiker skulle kunna använda denna information för att förstå hur neutronstjärnor beter sig, studera kärnreaktioner mellan neutronstjärnor och svarta hål som kolliderar och hur tunga grundämnen, inklusive guld och uran, produceras.
Detta är den fjärde observationskörningen med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), och den kommer att observera till och med februari 2025. Mellan de senaste tre observationsperioderna har forskare gjort förbättringar för att detektera signaler. Efter att denna observationskörning är slut kommer forskare att fortsätta att titta på data och göra ytterligare förbättringar med målet att skicka ut varningar ännu snabbare.
I det multiinstitutionella dokumentet ingick Michael Coughlin, biträdande professor för School of Physics and Astronomy vid University of Minnesota förutom Toivonen.
Mer information: Sushant Sharma Chaudhary et al, Gravitationsvågsvarningsprodukter med låg latens och deras prestanda vid tiden för den fjärde LIGO-Virgo-KAGRA-observationskörningen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2316474121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av University of Minnesota
