GWTC‑4.0 donosi 128 novih detekcija gravitacionih talasa prikupljenih tokom maja 2023. – januara 2024., čime je katalog više nego udvostručen. Među istaknutim događajima su najmasovniji binarni sistem (GW231123_135430), ekstremno brzo rotirajući par (GW231028_153006) i izrazito asimetričan par (GW231118_005626). Katalog potvrđuje da opšta teorija relativnosti i dalje prolazi testove i daje nezavisnu procenu Hablove konstante ~76 km/s/Mpc; buduće serije posmatranja dodatno će unaprediti ovo znanje.
Katalog GWTC‑4.0: 128 novih sudara crnih rupa menja naše razumevanje svemira
The Gravitational-Wave Transient Catalog 4.0, pictured, is a record of cosmic mergers detected between 2015 and 2024 by the LIGO, Virgo, and KAGRA gravitational wave observatories. Each panel is a time and frequency signature of an individual event — the merger of two black holes, two neutron stars, or one of each, somewhere out in the cosmos. (CREDIT: Ryan Nowicki / Bill Smith / Karan Jani)
Između maja 2023. i januara 2024. globalna mreža detektora gravitacionih talasa zabeležila je 128 novih kosmičkih signala — više nego što su svi prethodni podaci zajedno prikupili tokom deset godina. Novi katalog GWTC‑4.0, koji je predstavila saradnja LIGO‑Virgo‑KAGRA u specijalnom izdanju Astrophysical Journal Letters, predstavlja najopsežniji dosadašnji popis spajanja crnih rupa i neutronskih zvezda i već pomera granice astrofizike.
Kako su signali uhvaćeni
Detektori LIGO imaju oblik slova „L“ s rukama dužine četiri kilometra. Laserski zraci mere najmanja pomeranja u odnosu na povratna vremena — prolaz gravitacionog talasa menja taj odnos za delić širine protona. Tokom poslednje, devetomesečne serije posmatranja, aktivne su bile dve LIGO jedinice (Hanford i Livingston), unapređene da registruju spajanja neutronskih zvezda i crnih rupa na većim udaljenostima. Opservatorija Virgo se priključila sredinom serije nakon nadogradnji, a analiza dodatnih podataka iz narednih faza će biti uključena u buduće verzije kataloga.
The timeline of observing runs covering a time span starting from 2015 and lasting up to the beginning of O4b on 2024 April 10. The periods in which the various detectors in the network were observing are shown in this timeline, along with the typical BNS inspiral ranges for those detectors during the observing run. (CREDIT: Astrophysical Journal Letters)
„Prelepa nauka koju možemo da radimo zahvaljujući ovom katalogu omogućena je značajnim poboljšanjima u osetljivosti detektora, kao i moćnijim analizama podataka,“ rekao je Nergis Mavalvala, dekanka MIT School of Science i članica saradnje.
Neobični i naročito zanimljivi događaji
Većina detektovanih spajanja uključuje dve crne rupe sličnih masa — tipično nekoliko desetina masa Sunca — koje se spiraloidno ujedine. Među 128 novih signala nalaze se, međutim, i događaji koji odstupaju od standardnog obrasca:
- GW231123_135430 — do sada najmasovniji binarni sistem: dve crne rupe ~130 masa Sunca svaka. Pri takvim masama moguće je da su te rupe nastale kao proizvod prethodnih spajanja (druga generacija).
- GW231028_153006 — oba člana para vrte se veoma brzo, približno 40% brzine svetlosti; to ukazuje na istoriju ranijih spajanja ili drugačije formacione puteve.
- GW231118_005626 — izraženo asimetričan par, u kome je jedna crna rupa približno dvostruko masivnija od drugе.
„Jedno od upečatljivih svojstava naše zbirke crnih rupa je njihov veliki raspon osobina,“ rekao je Jack Heinzel (MIT). „Neke su preko 100 puta mase našeg Sunca, druge su tek nekoliko puta mase Sunca. Neke se brzo vrte, druge nemaju merljivu rotaciju.“
Testovi opšte teorije relativnosti i kosmologija
Najjasniji signal iz kataloga, GW230814_230901, omogućio je najrigorozniji test Ajnštajnove teorije u ovakvim ekstremnim uslovima — i teorija je i dalje prošla sve testove. Ipak, kako podaci postaju brojčano bogatiji i precizniji, zahteva se i tačnije teorijsko modelovanje.
Representative noise amplitude spectral densities for LHO, LLO, and Virgo during O1 (LHO, LLO: 2015 October 24), O2 (LHO: 2017 June 10; LLO: 2017 August 6; Virgo: from F. Acernese et al. 2023a), O3 (LHO: 2020 January 4; LLO: 2019 April 29; Virgo: 2020 February 9), and O4a (LHO: 2024 January 11; LLO: 2023 November 19). (CREDIT: Astrophysical Journal Letters)
Katalog takođe daje nezavisan uvid u brzinu širenja svemira. Analiza svih detekcija u GWTC‑4.0 dovela je do procene Hablove konstante od oko 76 km/s/Mpc. (Napomena: 1 megaparsek ≈ 3,26 miliona svetlosnih godina.) Trenutna procena iz gravitacionih talasa je manje precizna od nekih drugih metoda, ali je nezavisna i postaće preciznija kako broj merila raste.
„Svako spajanje crnih rupa daje nam meru udaljenosti na osnovu signala — i kombinovanjem izvora možemo poboljšati procenu Hablove konstante,“ rekla je Rachel Gray (University of Glasgow).
Šta dalje?
Sa više od 200 potvrđenih spajanja sada u katalogu (uključujući ranije periode), astrofizičari imaju dovoljnu statistiku da testiraju modele formiranja i evolucije crnih rupa kroz kosmičko vreme. Jedan od ranih trendova ukazuje da su crne rupe koje su se spajale ranije u istoriji univerzuma češće imale veće brzine rotacije, što sugeriše razlike u uslovima formiranja u mladom univerzumu.
The number of CBC detection candidates with a probability of astrophysical origin greater than or equal to 50% vs. the detector network’s effective surveyed hypervolume for BNS coalescences. (CREDIT: Astrophysical Journal Letters)
Podaci iz narednih faza četvrte serije, kao i buduće peta posmatračka serija, dodatno će proširiti katalog i omogućiti dublje uvide — u formacione puteve crnih rupa, kvantitativne testove gravitacije i precizniju kosmologiju.
Rezultati su objavljeni u Astrophysical Journal Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
