Fale grawitacyjne – jak szybciej je wykrywać

Naukowcy z University of Minnesota, opracowali metodę, która usprawni wykrywanie zakłóceń w czasie i przestrzeni, jakimi są fale grawitacyjne.

Badanie „Low-latency gravitational wave alert products and their performance at the time of the fourth LIGO-Virgo-KAGRA observing run”, miało na celu wysyłanie alertów do astronomów i astrofizyków w ciągu 30 sekund od wykrycia fal grawitacyjnych, pomagając w lepszym zrozumieniu gwiazd neutronowych i czarnych dziur oraz tego, jak powstają ciężkie pierwiastki, w tym złoto i uran. Zostało ono opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.

Jak tłumaczą astronomowie, fale grawitacyjne oddziałują z czasoprzestrzenią, ściskając ją w jednym kierunku i rozciągając w kierunku prostopadłym. Dlatego też obecne najnowocześniejsze detektory tych zjawisk mają kształt litery L i mierzą względne długości lasera za pomocą interferometrii, metody pomiarowej, która analizuje wzory interferencyjne powstałe w wyniku połączenia dwóch źródeł światła. Najnowsze badania są częścią współpracy LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), sieci interferometrów fal grawitacyjnych na całym świecie.

Wykrywanie fal grawitacyjnych wymaga precyzyjnego pomiaru długości lasera – jest to, jak zaznaczają naukowcy, równoważne pomiarowi odległości do najbliższej gwiazdy, oddalonej o około cztery lata świetlne, z dokładnością do szerokości ludzkiego włosa.

W najnowszym eksperymencie wykorzystano dane z poprzednich obserwacji i dodano symulowane sygnały fal grawitacyjnych, aby pokazać wydajność oprogramowania i aktualizacji sprzętu. Stworzone oprogramowanie może wykrywać kształt sygnałów, śledzić ich zachowanie i szacować, masę obiektów, które są ich źródłem, takie jak gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Gwiazdy neutronowe są najmniejszymi, najgęstszymi znanymi gwiazdami i powstają, gdy masywne gwiazdy eksplodują w supernowych.

Gdy oprogramowanie wykryje fale grawitacyjne, wysyła powiadomienia do subskrybentów, którymi zazwyczaj są astronomowie lub astrofizycy, aby poinformować, w którym miejscu sygnał został zlokalizowany na niebie. Dzięki wprowadzonym naukowcy będą w stanie wysyłać alerty szybciej, w mniej niż 30 sekund, po wykryciu fali grawitacyjnej.

„Dzięki temu oprogramowaniu możemy wykrywać fale grawitacyjne ze zderzeń gwiazd neutronowych, które normalnie są zbyt słabe, aby je zobaczyć, chyba że wiemy dokładnie, gdzie szukać. Wykrycie fal grawitacyjnych w pierwszej kolejności pomoże zlokalizować kolizję oraz ułatwi astronomom i astrofizykom przeprowadzenie dalszych badań” – mówi Andrew Toivonen z University of Minnesota Twin Cities School of Physics and Astronomy.

Naukowcy mogą wykorzystać te informacje, aby zrozumieć, jak zachowują się gwiazdy neutronowe, badać reakcje jądrowe między zderzającymi się tego typu obiektami i czarnymi dziurami oraz to jak powstają ciężkie pierwiastki, w tym złoto i uran.

Emil Gołoś