Vědci institutu kosmologie z Portsmouthu detekovali pozoruhodný signál gravitačních vln

Foto: I. Markin (Potsdam University), T. Dietrich (Potsdam University a Max Planck Institute for Gravitation Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics)/Volný zdroj poskytnutý k tiskové zprávě.

Minulý rok v květnu pozoroval detektor LIGO Livingston v Louisianě v USA signál gravitační vlny ze srážky s největší pravděpodobností neutronové hvězdy s kompaktním objektem, který byl 2,5 až 4,5 x větší hmotnosti, než má naše Slunce.

Co dělá tento objevený signál s názvem GW230529 zajímavým, je jeho hmotnost, jelikož spadá do možné hmotnostní mezery mezi nejtěžšími známými neutronovými hvězdami a nejlehčími černými dírami. Samotný signál gravitační vlny nemůže odhalit povahu tohoto objektu, ale budoucí detekce podobných vesmírných událostí, zejména těch, které jsou doprovázeny výbuchy elektromagnetického záření, by to mohla pomoci vyřešit.

„Tato detekce, prvních vzrušujících výsledků ze čtvrtého pozorování LIGO-Virgo-KAGRA, odhalilo, že mezi neutronovými hvězdami a černými dírami o nízké hmotnosti může docházet k vyššímu počtu podobných kolizí, než jsme si dříve mysleli,“ říká Dr. Jess McIverová, odborná asistentka Britiské univerzity Columbia a zástupkyně v pozici mluvčí LIGO.

Neutronové hvězdy a černé díry jsou husté pozůstatky masivních hvězdných explozí. 

Vědci z Institutu kosmologie a gravitace (ICG) univerzity v Portsmouthu pomohli odhalit pozoruhodný signál gravitačních vln, který by mohl být klíčem k vyřešení vesmírné záhady. Objev pochází z nejnovější sady výsledků, které 5. dubna oznámili spolupracovníci LIGO – Virgo – KAGRA, která zahrnuje více než 1600 vědců z celého světa, včetně členů ICG, kteří se snaží detekovat gravitační vlny a využívat je pro základní zkoumání vědy.

Vzhledem k tomu, že tato událost byla pozorována pouze jedním detektorem gravitačních vln, posouzení, zda je skutečná nebo ne, je obtížnější.

Doktor Gareth Cabourn Davies, výzkumný softwarový inženýr v ICG, vyvinul nástroje používané k vyhledávání událostí v jediném detektoru. Řekl: „Potvrzení událostí tím, že je vidíme na více detektorech, je jedním z našich nejúčinnějších nástrojů pro oddělení signálů od šumu. Použitím vhodných modelů šumu na pozadí můžeme posoudit událost, i když nemáme jiný detektor, který by zálohoval to, co jsme viděli.“

Před detekcí gravitačních vln v roce 2015, byly hmoty černých děr s hvězdnou hmotností primárně nalezeny pomocí rentgenových pozorování, zatímco hmotnosti neutronových hvězd byly nalezeny pomocí rádiových pozorování. Výsledná měření spadala do dvou odlišných rozsahů s mezerou mezi nimi od 2 do 5 násobku hmotnosti našeho Slunce. V průběhu let zasáhlo malé množství měření do hmotnostní mezery, která zůstává mezi astrofyziky velmi diskutovaná. 

Analýza signálu GW230529 ukazuje, že pochází ze sloučení dvou kompaktních objektů, jednoho s hmotností mezi 1,2 až 2,0krát větší než naše Slunce a druhého o něco více než dvakrát hmotnější.

Foto: I. Markin (Potsdam University), T. Dietrich (Potsdam University a Max Planck Institute for Gravitation Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics)/Volný zdroj z tiskové zprávy.

Sloučení černé díry s nižší hmotnostní mezerou (tmavě šedý povrch) s neutronovou hvězdou s barvami od tmavě modré (60 gramů na centimetr krychlový) po bílou (600 kilogramů na centimetr krychlový) a zdůrazňují silné deformace materiál neutronové hvězdy s nízkou hustotou.

Zatímco signál gravitačních vln neposkytuje dostatek informací k tomu, aby bylo možné s jistotou určit, zda jsou tyto kompaktní objekty neutronové hvězdy nebo černé díry, zdá se pravděpodobné, že lehčí objekt je neutronová hvězda a těžší objekt černá díra. Vědci z LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration jsou přesvědčeni, že těžší objekt je v masové mezeře.  

Pozorování pomocí gravitačních vln nyní poskytlo téměř 200 měření hmotností kompaktních objektů. Z nich pouze jedna další sloučení mohla zahrnovat kompaktní objekt s hmotnostní mezerou. Signál GW190814 pocházel ze sloučení černé díry s kompaktním objektem přesahujícím hmotnost nejtěžších známých neutronových hvězd a možná i uvnitř hmotnostní mezery. 

„Pozorování tohoto systému má důležité důsledky jak pro teorie binární evoluce, tak pro elektromagnetické protějšky fúzí kompaktních objektů.“ Čtvrtý pozorovací běh je plánován na 20 měsíců včetně několikaměsíční přestávky na provedení údržby detektorů a provedení řady nezbytných vylepšení. Do 16. ledna 2024, kdy začala současná přestávka, bylo identifikováno celkem 81 významných signálních kandidátů. GW230529 je první z nich, která byla zveřejněna po podrobném prozkoumání.

Čtvrtý pozorovací běh bude pokračovat 10. dubna 2024, přičemž detektory LIGO Hanford, LIGO Livingston a Virgo budou pracovat společně. Běh bude pokračovat do února 2025 bez dalších plánovaných přestávek v pozorování. Do konce čtvrtého pozorovacího běhu v únoru 2025 by měl celkový počet pozorovaných signálů gravitačních vln překročit 200.

Zdroj: Tisková zpráva Eureka Alert s volným přístupem.