Исследователи усовершенствуют анализ гравитационных волн для изучения столкновений нейтронных звезд и черных дыр

Исследователи из Колледжа наук и инженерии Университета Миннесоты в Твин-Ситиз совместно с международной группой ученых провели исследование, которое улучшит обнаружение гравитационных волн — колебаний в пространстве и времени.


Цель исследования — отправлять оповещения астрономам и астрофизикам в течение 30 секунд после обнаружения, что поможет лучше понять поведение нейтронных звезд и черных дыр, а также процесс образования тяжелых элементов, включая золото и уран.

Статья под названием «Методы оповещения о гравитационных волнах с низкой задержкой и их эффективность во время четвертого наблюдательного цикла LIGO-Virgo-KAGRA» недавно была опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Гравитационные волны взаимодействуют с пространством-временем, сжимая его в одном направлении и растягивая в перпендикулярном. Поэтому современные детекторы гравитационных волн имеют форму буквы L и измеряют относительные длины лазера с помощью интерферометрии — метода, который анализирует картину интерференции, создаваемую сочетанием двух источников света.

Для обнаружения гравитационных волн необходимо измерить длину лазера с высокой точностью: это эквивалентно измерению расстояния до ближайшей звезды, находящейся примерно в четырех световых годах от нас, с точностью до ширины человеческого волоса.

Новое исследование является частью сотрудничества LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), сети интерферометров гравитационных волн по всему миру.

В последней кампании моделирования использовались данные из предыдущих периодов наблюдения, при этом в них были добавлены симулированные сигналы гравитационных волн, чтобы продемонстрировать эффективность программного обеспечения и обновлений для оборудования. Программное обеспечение позволяет обнаруживать форму сигнала, отслеживать его поведение и оценивать, какие массы участвуют в событии, например, нейтронные звезды или черные дыры. Нейтронные звезды — самые маленькие и плотные из известных звезд, они образуются, когда их массивные собратья взрываются, образуя суперновые.

Как только программное обеспечение обнаруживает сигнал гравитационной волны, оно отправляет оповещения подписчикам, среди которых в основном астрономы или астрофизики, чтобы сообщить, где именно в небе был обнаружен сигнал. С улучшениями в этот период наблюдения ученые могут отправлять оповещения быстрее, менее чем за 30 секунд после обнаружения гравитационной волны.


— Эндрю Тойвонен, аспирант Школы физики и астрономии Университета Миннесоты в Твин-Ситиз.

Ученые могут использовать данную информацию, чтобы понять, как ведут себя нейтронные звезды, изучить ядерные реакции между столкновениями нейтронных звезд и черных дыр, а также процесс образования тяжелых элементов, включая золото и уран.

Сейчас проходит четвертый наблюдательный цикл с использованием Обсерватории гравитационно-волнового интерферометра (LIGO). Его завершение запланировано в феврале 2025 года. За три предыдущих периода наблюдения ученые улучшили методы обнаружения сигналов. После окончания текущего наблюдательного цикла исследователи продолжат анализировать данные и вносить дальнейшие улучшения с целью добиться еще более оперативной доставки оповещений.