LIGO поймать на новые всплески гравитационных волн

Нa нaшиx глaзax рoждaeтся нoвaя oблaсть нaуки-грaвитaциoннo-вoлнoвoй aстрoнoмии. Oбнoвлeннaя oбсeрвaтoрия LIGO в тeчeниe пeрвoгo сeaнсa нaблюдeний зaрeгистрирoвaнo ужe три всплeскa грaвитaциoнныx вoлн двуx нaдeжныx и вoзмoжнo. Всe oни пришли слияний чeрныx дыр звeздныx кв. В любoм случae, удaлoсь в прeдeлax пoгрeшнoстeй, вoсстaнoвить пaрaмeтры чeрныx дыр и рaспoлoжeниe истoчникoв излучeния, a тaкжe прoвeсти пeрвый вaлoвoгo aнaлизa нaсeлeния кaк чeрныx дыр. Oжидaeтся, чтo в ближaйшиe нeскoлькo лeт стaтистикa увeличится нa пoрядoк, и учeныe приступили к будут экспeримeнтaльнoму изучeнию рaздeлa aстрoфизики, кoтoрый нa прoтяжeнии дeсятилeтий oстaвaлся удeлoм тoлькo тeoрeтикoв.

Рoждeствeнский пoдaрoк

Нoвый гoд врeмя приятный шум для всex нaс, в тoм числe и для учeныx. Oднaкo
в эту нoчь, дeкaбря 26-2015 гoдa нa фoнe oбычныx прaздничныx пeрeписки члeны сoтрудничeствa LIGO и Virgo зaрeгистрирoвaть иx пoчтoвыx ящикoв в aнoмaльный всплeск e-mail-aктивнoсти. Этo oзнaчaeт тoлькo oднo: грaвитaциoннo-вoлнoвoй oбсeрвaтoрии LIGO, чтoбы зaписaть eщe oдин сигнaл!

И дeйствитeльнo, 03:38:53 UTC (пoлсeдьмoгo утрa пo мeстнoму врeмeни) двa дeтeктoрa LIGO пoчти oднoврeмeннo, с рaзницeй в oдну миллисeкунду, зaфиксирoвaли дoстaтoчнo мoщный грaвитaциoннo-вoлнoвoй всплeск, кoтoрый прeдвaритeльныe укaзaния G211117. Пoлeт длился пoчти сeкунду и oпoзнaн aвтoмaтичeскую систeму кoнтрoля в тeчeниe нeскoлькиx минут. В тoт жe дeнь всe тeлeскoпaм-пaртнeрoв нaблюдaтeльнoй сeти GCN исключeн был сигнaл oб этoм сoбытии (циркуляр 18728), и в пoслeдующиe нeскoлькo днeй, гaммa-и oптичeскиx тeлeскoпoв гoвoрить o нaблюдeний (см. aрxив циркулярoв GCN). Пo гoрячим слeдaм былa прoвeдeнa «oффлaйн» aнaлиз сoбытия, и примeрнo чeрeз нeскoлькo днeй учaстники кoллaбoрaции ужe знaли, чтo oни дeйствитeльнo пoймaли втoрoй грaвитaциoннo-вoлнoвoй всплeск слияния чeрныx дыр. Eгo былo зaкрeплeнo пoстoяннoe oбoзнaчeниe GW151226.

Пoлтoрa гoдa спустя, 15 июня, вo врeмя eжeгoднoй встрeчи Aмeрикaнскoгo aстрoнoмичeскoгo oбщeствa, состоялся специальный пресс-брифинг, в котором, по уже сложившейся традиции, без предисловий, с места в карьер, представители сотрудничества объявил об открытии. Кроме того, выяснилось, что в данных LIGO октябрь месяц, было и третье интересное событие, но это, к сожалению, не дотянуло до порога достоверности, поэтому коллаборации называется тот кандидат, но не в полной мере гравитационно-волновым всплеском. В москве, в МГУ, то же прошло подобное мероприятие, в котором после трансляции американского пресс-брифинга выступили также российские участники коллаборации.

Одновременно в речи появились две научные статьи, результаты. Первый полностью посвящен гравитационно-волновому события GW151226, и он уже опубликован в журнале Physical Review Letters (GW151226: Observation of Гравитационные Волны from a 22-Solar-Mass Бинарные Black Hole Coalescence). Второй говорит, глядя импульсов слияния черных дыр в течение первой сессии работы aLIGO и описывает совокупный анализ трех зарегистрированных случаев. Эта статья пока только в интернете размещен архив e-отпечатков (Бинарные Black Hole Mergers in the first Advanced LIGO Observing Run). Две статьи вышли сразу два авторских сотрудничества: LIGO Scientific Collaboration и Virgo Collaboration. Хотя инструменты разные их, в то время как итальянский детектор Virgo еще не вступил на поле после модернизации — все они направлены на единую цель, и потому анализ их данных производится совместно. Кроме того, на сайте LIGO доступны подробную техническую информацию для каждого зарегистрированного события.

Наиболее краткая выжимка результатов первого заседания aLIGO, показанном на фиг. 2. Этот скромный рисунок отображает, на самом деле, текущее состояние гравитационно-волновой астрономии — науки, которая рождается на наших глазах. Гравитационно-волновой обсерватории LIGO, напрасно искавшая гравитационной волны первого заседания работы, основательно модернизирован в 2008-2014 годах, в сентябре прошлого года заработал снова, теперь уже под названием aLIGO (Advanced LIGO). Первое наблюдение состоялось заседание длилось четыре месяца: с сентября по 12-2015 года-19 января в 2016 году. Чисто наблюдение во набежало около полтора месяца; остальное время — это технические работы, наладка или сеансы наблюдений, подпорченные, слишком много шума.

Рис. 2. Три гравитационно-волновой события, обнаруженные во время первого наблюдения сеанс в обновленном гравитационно-волновой обсерватории aLIGO. Рисунок на сайте ligo.caltech.edu

Полтора месяца чистого данных LIGO зарегистрировано три события. Два из них, это гарантированно гравитационно-волновые кардашян, ребенка в слиянии черных дыр; они получили отскок GW150914 (событие 14 сентября 2015 года, что говорилось в феврале, см. новость Гравитационных волн — открыт!, «Элементы», 11.02.2016) и GW151226 («новогодний подарок», события в ночь на 26 декабря). Третье событие, LVT151012, показали достаточно скромный превышения над фоном вместо GW (Гравитационная Волна event) получил на своей LVT (LIGO-Virgo Trigger event). И хотя полной уверенности нет, в физике, тем не менее, как правило, к тому, что это тоже было гравитационно-волновой всплеск и, следовательно, это тоже нужно учитывать в той или иной степени, когда в общем анализе событий.

Рисунок. 2 показано также, что черные дыры порождать эти всплески. Событие открытие GW150914 был сильный по всей статистике первый сеанс наблюдений; это соответствует суммарной массы черных дыр около 60 масс Солнца (M☉). Два других события были послабее, там оценка суммарная масса была вдвое-втрое меньше. В этом разница по массе очень существенные; для этого две новые вспышки проступали данных иначе, чем событие GW150914.

Следует отметить, что в настоящее время коллаборации говорить еще не все результаты, а только ищет слияний черных дыр звездных масс, т. е. масс в 3М☉ до 99M☉. Нижняя граница должна быть, чтобы сократить нейтронные звезды. по современным представлениям, компактный объект тяжелее трех масс Солнца может быть только черная пропасть. Коллаборации сообщили также, что никаких других событий подобного рода данных, первый сеанс в aLIGO нет. Но они собираются в ближайшее время рассказать еще про два поиск: слияния более тяжелых черных дыр и слияния нейтронных звезд (или друг с другом, или черный полый). Выяснилось, есть ли что-то интересно, авторы пока молчат.

Как искать всплески

История о том, что в гравитационной волны, и как расположены детекторы, которые могут обнаружить их, можно найти в нашей новости Гравитационных волн — открыт!, и других материалах (см., например, известная статья С. Попова Эйнштейн был прав: гравитационно-волновая астрономия). Здесь мы расскажем других в техническом плане опыта — о том, как всплески гравитационных волн поставляется в исходных данных, тем более, что само по себе событие GW151226 дает для этого отличный повод.

Первый, наиболее высокий гравитационно-волновой всплеск GW150914 был коротким, и довольно сильный. взгляните, на фиг. 7 в нашей прошлой новости. это очень легко на глаз заметно именно в данном виде типичных усиливающегося и убыстряющегося колебания на фоне остаточного шума. Они несколько периодов колебаний, которые детектор надежно отловил, умещались то 0,2 секунды. В отличие от него, декабрьский всплеск GW151226 был куда слабее, и невооруженным глазом его творческий потенциал (фиг. 3, выше). Однако это наблюдается в гораздо более долго, целую секунду, всего 55 периодов колебаний, и именно это и позволило ему выделить шума.

Рис. 3. Гравитационно-волновой всплеск GW151226 данных двух детекторов обсерватории LIGO: Хэнфорд и Ливингстон. Выше: данные за вычетом известных инструментальных шума с наложенным на вершине их волновым профилем в гравитационной волны. Волнообразная форма черный вариаций, это артефакт фильтрации данных; настоящим гравитационно-волновой профиль, а точнее, наиболее подходящую маску, показанные на фиг. 4. Внизу: сигнал, выделяемого маской, шума, в зависимости от того, где хронология этого маска прикладывается. Изображение из обсуждаемой статьи в Physical Review Letters

Методология выделения легко понять, как аналогии. Представьте себе, что вы большой и шумной вечеринки, и разговоры участников в толпе, чтобы объединить вас, общий шум, которые вы можете сломать слова. Но вдруг весь шум ваш слух выхватывает свой собственный имя. Это произнесено-то на тот же объем, что и весь разговор. Но это, вы очень хорошо знаете, ваш мозг настроен его распознание даже в том числе звуки, и, следовательно, у него реагировать.

Что-то подобное происходит, при поиске гравитационных волн. Физики ищут данные «хоть что-то», а колебательные сигналы очень характерный профиль, а на фиг. 4 характеристика гравитационно-волновой вспышки слияния двух компактных объектов. Методика анализа данных заточена на признание именно таких сигналов, причем, почти в режиме реального времени. (Справедливости ради надо сказать, что, глядя на сильные всплески произвольной форме, «транзиентов» неизвестного происхождения, не происходит, но это уже второстепенный вопрос:)

Рис. 4. Маска, давшая лучшее совпадение данных, чтобы проанализировать события GW151226. Изображение из обсуждаемой статьи в Physical Review Letters

Работает, это так. Детектор снимает показания с датчика в тысячу раз в секунду, выделяет среди них известный инструментальный уровень шума и дает график остаточной вариации (она показана на фиг. 3, выше). Почти все эти колебания в той же остаточные шумы. Но физики надеются, что на вершине их может поймать и гравитационно-волновой сигнал, то есть колебание известный профиль. Таким образом, они ждали сигнала (фиг. 4) и, кажется, маску, «прикладывают» по его данным, в сопоставлении с наиболее сильного пика маски какой-то конкретный момент времени. Считая размер прокатилась, то есть, насколько хорошо этот конкретный маску в ключ обязательно, по времени совпадают с реальными данными. Затем сдвигают же маска времени тоже мало, много меньше периода колебания и снова пересчитывают размер прокатилась. Затем снова сдвигают, и так далее.

Каждый раз получаются разные цифры, но в среднем они колеблются около некоторых типичных чистого шума ценности. Эти числа, поделенные на среднее по шумам значение, называются «сигнал-шум» (SNR, signal-to-noise ratio). Именно они показаны на фиг. 3, ниже. Видно, что SNR, как правило, прыжки с 1-2, иногда достигает даже 3-4, но, как правило, выше поднимается, И, самое главное, этот шум держит в двух детекторах совершенно независимые, никак не скоррелированным образом.

Такой процесс сравнения идет непрерывно, в режиме реального времени, причем используется для сравнения не один, а тысячи готовых, слегка различающихся масок. Эти маски вычисляются заранее на основе тяжелых численных расчетов, как сливаются друг с другом черных дыр различных масс и различные вращения.

Битва сигнала фона

И сейчас момент истины. Когда в очередной, по сравнению с одной из масок дает удивительно хорошее совпадение, сигнал-шум SNR, оказывается, необычайно велик: в Таблице SNR от времени появляется резкий пик, а на фиг. 3, ниже. Если такая удача падает на двух детекторах LIGO, причем, в той же маске и с разницей по времени не более 15 миллисекунд, это вызывает автоматическое положительные программы поиска для: обсерватория записывает событие в президенты.

Здесь, кстати, наиболее четко проступает роль длительности сигнала. Пусть сигнал менее, амплитуде слабого шума, но если это повторяется уже десятки циклов без сбоев, то это набежит достаточно большое перекрытие с подходит маска. Сигнал такой величины, как на рис. 3, остались бы незамеченными, если бы это потребовалось всего несколько периодов. Но он проступал данных целого секунд, и благодаря своей продолжительности смог вылезти шума и привести к срабатыванию триггера.

Конечно, это положительное само по себе еще не означает регистрации гравитационных волн. Разве что иногда шум по-прежнему могут быть созданы, чтобы SNR двух детекторах случайно оказался большой. Вопрос только в том, насколько часто или редко, как ложно-положительные срабатывания, то есть ситуации, когда инструментальные и другие шумы случайно сортируются таким образом, что напоминает гравитационно-волновой всплеск.

Чтобы их оценить, необходимо, прежде всего, тщательный анализ, который трудно это сделать летом, а во-вторых, информация о том, как они ведут себя шум показаниях детекторов. Для этого программа берет на себя статистика событий кандидатов и определенным критериям присваивает их «индикаторную характеристику»: чем выше показатель, тем более непохожим на шум будет, это событие. Затем строится распределение событий по величине индикаторной (оранжевые квадраты на фиг. 5). И, наконец, зная характеристики шума, программа может строить те же распределения для чистой шумы (гистограмму на рис. 5). Для пущей надежности, коллаборации LIGO и Virgo решил провести этот анализ двух различных методов; на фиг. 5 показан только один.

Рис. 5. Распределение событий индикаторной крупнейшего ρc. Гистограммы показывает распределение шума, отдельный пункт — статистика событий в президенты. Две точки, отклоняющиеся шум, это LVT151012 и GW151226. Самым большим событием в GW150914 здесь показано, это происходит далеко за границу шкалы. Изображение из обсуждаемой статьи в Physical Review Letters

Рисунок. 5 видно, что два события выбиваются «шумовой» гистограмма. Декабрьские события GW151226 ложь, так далеко, что вероятность случайной комбинации факторов оценить с помощью этого метода не получается. Исходя из данных шума можно только сказать, что ложно-положительные события такой силы происходят менее, чем 160 тысяч лет, так что вероятность встретить его в 45-дневный серии данных меньше одной десятимиллионной. Таким образом, статистическая достоверность в том, что это событие настоящим росту, а не шум превышает 5σ. Второй метод анализа показали сравнимую статистическая значимость — 4,5 σ.

Выписать это событие в какой-то неизвестного внешнего источника вибрационного или электромагнитного происхождения тоже нереально. Внешняя ситуация постоянно контролируется с многочисленных датчиков, и в этот момент в события, они не показали каких-либо превышения нормы. Единственный вывод: для нас второе достоверные гравитационно-волновой всплеск.

А вот октябрьским событием LVT151012 все так просто. Оценка ложно-положительный для запуска сигнал этом интенсивность гораздо более скромные. один раз в несколько лет. Это позволяет статистическая значимость на уровне 2σ или даже ниже. Скорее всего, это было настоящим гравитационно-волновой всплеск, но полной гарантии здесь дать нельзя. Но в статистическом анализе гравитационно-волновой событий, как события кандидаты в использовании, аккуратный подход, не возбраняется.

Снимаем мерки черных дыр

Если февральском релизе упор был сделан на открытии гравитационных волн, то теперь коллаборации LIGO и Virgo подчеркивают других ключевых ум. Это первое событие остается единственным; мы видели, второй и, скорее всего, третий всплеск гравитационных волн. А это означает, что перед нами распахнулось гравитационно-волновое окно Вселенной! Мы не только слышим гравитационно-волновой «сбой» из космоса, но и можем знать параметры источников и в этом случае, сопоставить их с другими методами наблюдения. И когда таких событий наберется достаточно, мы сможем делать выводы относительно эволюции звезд, скоплений, иных объектов. В общем, мы начнем исследовать Вселенную так, как до этого не в состоянии!

И вся эта обширная программа исследований опирается на простой, на самом деле, но совершенно удивительный факт. Достаточно аккуратно измерить профиль-летний всплеск гравитационных волн, и мы узнаем про породившее их слияние черных дыр все. Абсолютно все, без преувеличения. Поясним, как это получается, и что за результаты.

Массы

Вы можете смеяться, но с черными отверстиями, это самый простой способ существования материи во Вселенной. У кирпича, например, есть тип, пористость «сложной геометрией, химический состав и т. д.» газовые облака в виде нет, но тоже есть, химический состав. Даже нейтронных звезд есть много разных интересных свойств. И только черных дыр нет ничего вообще: Черная дыра, которая характеризуется только массой и вращения. Так что, если две черные дыры объединяются в несколько попадают в спирали друг с другом, и объединяются, то мы, в принципе, мы можем точно рассчитывать этот процесс, используя в общей теории относительности. Поэтому достаточно спросить у черных дыр масса, а также значения и направления их вращения вокруг своей оси, и вуаля, мы можем точно предсказать профиль гравитационно-волновой вспышки, которая придет на такое слияние.

Эту зависимость можно платить. Мы можем рассчитывать несколько различных профилей в различных масс и вращения (это те же маски, о которых говорилось выше), а затем их сравнить, чтобы поймать сигнал. Выяснив, какой из них лучше описывает, мы, таким образом, вернуть настройки слияние черных дыр. В реальности, конечно, есть: как салака исходных данных, так и трудности с численным решением сложных конфигураций. Но это не мешает измерить основные параметры определенной погрешностью уже сейчас.

Рис. 6. Массы известных черных дыр. Фиолетовый выставлены популяция черных дыр, обнаруженных и измеренных рентгеновских двойных системах; синий — черный отверстие трех событий LIGO. Рисунок на сайте ligo.caltech.edu

Подробно ра параметры черных дыр все три события, дается во-вторых, более подробно в статье сотрудничестве. Суммарная масса пары составил примерно 65M☉, 22M☉ и 37M☉ для GW150914, GW151226 и LVT151012 соответственно. «Громкие события GW150914 две черные дыры были примерно равной массы; два других — массы различались примерно в два раза. Энергия, унесенная гравитационными волнами составил примерно 3M☉, М☉ и 1,5 M☉ соответственно. Эта энергия превратилась в энергию спокойно (то есть массы) гравитационно-волновое излучение для секунд; человеческое воображение до такой масштабами власть просто пасует.

Вращение

Процесс слияния черных дыр усложняется за счет собственного вращения из них, и это тоже ставит свою печать формы гравитационно-волновой всплеск. Если, скажем, два черная дыра очень быстро вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и общая орбитальное движение друг вокруг друга, то они проделают более меандр до слияния, чем невращающиеся черные дыры. Если собственное вращение, а, наоборот, направлена на общее орбитального движения, то слияние может меньше циклов. Если ротация в целом направлена на какой-то произвольно, то динамика слияния дополнительно усложняется.

Так что влияние вращения формы шип позволяет, то ток измерения не позволяет однозначно измерить вращение исходных черных дыр. Тем не менее, в том случае, GW151226 удалось точно решил, что по крайней мере одна черная дыра до слияния развернулись достаточно быстро: его момент импульса составляет не менее 20% максимальной. До сих пор нет наблюдательных данных вращению черных дыр вообще не было. В дальнейшем, более аккуратные измерения профиля шип, и особенно замечание эффекты прецессии позволяет получить более четкие значения (см. видеоролики, поясняющие влияние прецессии в гравитационно-волновой всплеск).

Что касается окончательного черных дыр, то во всех трех случаях они, конечно, сильно вращается вокруг просто потому, что они произошли от слияния регистраций друг вокруг друга объектов. Их стоят оценивается в 60-70% от максимальной.

Расстояние

Расстояние от источника гравитационно-длина волны излучения также рассчитывается по пойманному всплеску. Если мы измерить можем волновой профиль, мы знаем массы, а это значит, мы можем совершенно однозначно вычислить излученную мощность. Одно тесно связано с другим, нет свободы интерпретации здесь нет. А это значит, измерив количество пришедшей волны, мы можем считать, что расстояние к росту прибыли, так как ее амплитуда ослабевает пропорционально от (см. простые расчеты в прошлой новости). Поэтому астрофизики называют слияние черных дыр стандарт сиренами по аналогии «стандартных свечей, которые используются для определения расстояния до галактик.

Здесь, правда, есть одна особенность: амплитуда армении до нас сигнал зависит не только от расстояния от источника, но и ориентации плоскости орбиты относительно направления на Землю. Эти две зависимости можно выделить, если измерить серьезные последствия волны, или, если слияние будет сопровождаться сильной орбитальной прецессией и ему удастся увидеть профиль сигнала. Сегодняшние пары детекторов это сделать не удается, и, следовательно, расстояние измеряется не очень точно. Расстояние всплески GW150914 и GW151226 оценивается в 420 и 440 мегапарсек с погрешностью почти 50%, что соответствует красному разбить z ≈ 0,1. Мероприятие кандидат LVT151012 пришло на расстоянии примерно 1000 Мд, красное смещение z ≈ 0,2; неудивительно, что он оказывается такой слабой.

Здесь полезно, кстати, нужно добавить, что, раз источники находятся на значительном удалении, те, кто пришел их гравитационной волны, испытывает красное смещение. Так что видно нам в период осцилляций (1 + z) раз больше первоначальной, и это нужно делать поправку при вычислении масс черных дыр.

Направление

Астрофизикам, безусловно, хочет знать не только тот факт, что во вселенной что-то «бабахнуло», но где это произошло: в То время они отправят туда, телескопы и попытаются выполнить те же событие в оптическом, гамма-и других диапазонах электромагнитного излучения, а может быть даже и поймал придет чамора оттуда нейтрино. Как всесигнальная диагностика космических событий, мечта современной астрофизики.

Направление на источник гравитационной волны можно определить, во-первых, по разнице во времени прихода сигнала на несколько детекторов, а во-вторых, их относительному отклику. Сейчас, когда работают только два детектора, удается эффективно использовать только первый метод. В результате направление источника восстанавливается до сих пор очень плохо; вместо четкого направления получается длинной дуги, охватывающие не полнеба (фиг. 7). В следующем году, когда будет работать третий детектор гравитационно-волновые сети Virgo, локализации источников на небе будет более конкретной.

Рис. 7. Области в южном небе, где, по данным измерения LIGO, были источники событий GW150914 и GW151226. Имидж сайта ligo.caltech.edu

О чем говорят результаты

Два утвержденных слияния и является, скорее всего статистика, мягко говоря, скромный. Но даже он позволяет сделать вывод физических законов и свойств Вселенной, которые были до этого недоступны были непосредственные измерения.

Проверка ото дня

Во-первых, профиль гравитационно-волновой вспышки, очень хорошо соответствует ожиданиям общей теории относительности. Ото дня уже опробовали в пределах солнечной системы, но только приближается гравитация слабого поля и невысоких скоростях. Сейчас мы получили первые сведения о том, как ведет себя гравитация сильных полях и релятивистском движении объектов (скорость черных дыр в момент слияния достигла половины скорости света), а это значит, мы можем увидеть за ДНЕМ «, недоступных ранее.

Во-вторых, подробно в статье, которая посвящена совокупному анализа трех событий, приводятся данные, полученные ограничения на коэффициенты так называемой » постньютоновского формализма. Из них и ни в одном не были обнаружены существенные отклонения от ожиданий ото дня. Интересно, что некоторые ценности лучше ограничивается сильным всплеском GW150914, а другие-самый долгий всплеском GW151226.

Механизм образования

Во-вторых, три слияния его в течение шести исходных черных дыр. Как пусть небольшой, но статистики можно попробовать построить распределение по массе черных дыр и сравнения теоретических предсказаний относительно того, как вообще может быть сформируется пара черных дыр звездных кв. Здесь есть два основных сценария: изолированные эволюция (два тяжелых звезда с самого начала, а потом один за другим превратились в черные дыры) и динамическое образование (черные дыры возникли самостоятельно, а после, за счет динамики тесные скопления, составили связанное состояние).

Кажется, что вообще мы можем знать, как возникла пара черных дыр, если мы видим только в последнюю минуту их совместной жизни? Оказывается, по оценкам, изолированные эволюция, как правило, дают пару черных дыр около массы, а разница в массы вдвое и более в таком случае очень маловероятно. Динамичный сценарий также дает предпочтение близкими массами, но сильно различающиеся пары здесь также возможно. Кроме того, эти два механизма дают различные прогнозы насчет ориентации вращения двух черных дыр.

Так что полученные данные позволяют дать четкое предпочтение конкретным механизмом. Но в будущем, когда статистика станет больше, а измерения — точнее, результаты станут более конкретными. Кто знает, может быть, десятка лет мы уже должны говорить о двух разных популяции «чернодырных пар», разделить по механизму их рождения, и, надо полагать всплески GW150914 и GW151226 первыми ласточками двух типов. Так или иначе, но то, что в течение многих десятилетий оставалось лишь уделом теоретической астрофизики, становится на наших глазах, доступные экспериментальной проверке. кроме Того, в этих измерениях и планах на будущее читайте в статье М. Мусина волна за волной.

Темпы слияний

Еще одна величина, о которой астрофизики до сих пор можно судить только косвенно, это темпы слияния черных дыр, то есть как часто происходит такое слияние в расчете на один кубический гигапарсек. До сих пор оценки, опирающиеся различные аргументы, различались на порядок — на самом деле, поэтому, когда строили LIGO и других детекторов, не было уверенности, когда обсерватория найдет первый гравитационно-волновой сигнал. Теперь, когда мы имеем духа для 2 или 3 слияния полутора месяцев чистой наблюдений, у нас уже есть экспериментальные значение. общий темп слияний черных дыр звездных масс лежит в пределах 9-240 слияний годового объема в один кубический гигапарсек. Очень верно, конечно, но это уже реальная цифра, подкрепленное наблюдениями.

Вообще, конечно, темпы слияния для черных дыр различных масс и в разных: тяжелых черных дыр меньше, чем легко, но с другой стороны, их «слышно издалека. Если опираться только на данные, то можно только сказать, что в кубическом гигапарсеке году ожидается несколько штук мощных событий типа GW150914 и несколько десятков (или даже сотен) более слабых событий типа GW151226. Можно также оценить темпы теоретически на основе его распределения по обществу, в котором получены эти данные. Там салака больше. Выше число, с 9-ти до 240 слияний/(год·Гпк3), охватывает диапазоны, полученных всеми этими методами.

Зная темп, накопив опыт оценки шумов, а также опираясь на проекты LIGO, мы можем оценить, что LIGO может ожидать в ближайшем будущем. Это несколько событий второй сессии, которая начнется осенью, несколько десятков таких слияний — в третьем. Пожалуй, эти оценки вполне глаз, имеющих и обоснованным, в настоящее время самый главный повод для воодушевления. Они четко говорят, что в ближайшие несколько лет станут периодом бурного развития гравитационно-волновой астрономии.

И в конце цитаты Кристофер Берри, одного из участников коллаборации LIGO и автора очень информативного блога по гравитационно-волновой астрономии: «Мы живем в будущем, прямо сейчас. Мы, может быть, не летать на скейтбордах, но эра гравитационно-волновой астрономии уже наступила. Не спустя 20 лет, в следующем десятилетии, не пять лет, а прямо сейчас. LIGO просто открыть новое окно. Она вышибла его ко всем чертям и кинуться наружу, прежде чем ударная волна вынесет всей стене здания. Это так воодушевляет, что я даже не могу подобрать нормальную метафору. Вводные слова во всех статьях по гравитационно-волновой астрономии отныне и навсегда совершенно другие».

Источники:

1) LIGO Scientific and Collaboration Virgo Collaboration. GW151226: Observation of Гравитационные Волны from a 22-Solar-Mass Бинарные Black Hole Coalescence // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. P. 241103.

2) LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration. Бинарные Black Hole Mergers in the first Advanced LIGO Observing Run // arXiv:1606.04856 [gr-qc].

3) Технические данные по отдельным случаев. GW150914, LVT151012, GW151226.

См. также:

1) LIGO Does It Again: A Second robust-это Бинарные Black Hole Coalescence Observed — пресс-релиз и сопутствующие материалы сайта LIGO.

2) Гравитационных волн — открыт!, «Элементы», 11.02.2016.

3) С. Б. Попов: Эйнштейн был прав: гравитационно-волновая астрономия.

4) М. Мосин. Волна после волны.

5) В. М. Липунов. Гравитационно-волновое небо.

6) Блог Кристофер Берри, участника коллаборации LIGO, с подробным заявил про новый гравитационно-волновые события.

7) LIGO Журнал — полупопулярный журнал коллаборации LIGO, выходит два раза в год.

Игорь Иванов