Первое в истории обнаружение гравитационных волн (имевшее место в сентябре 2015 года) вызвало революцию в астрономии. Это событие не только подтвердило теорию, предсказанную теорией общей теории относительности Эйнштейна за столетие до этого, но и открыло новую эру, когда слияния далеких черных дыр, сверхновых и нейтронных звезд могут быть изучены путем изучения их возникающих волн.
Кроме того, ученые предположили, что слияния черных дыр могут быть гораздо более распространенными, чем считалось ранее. Согласно новому исследованию, проведенному парой исследователей из Университета Монаш, такие слияния происходят каждые несколько минут. Прислушиваясь к фоновому шуму Вселенной, утверждают они, мы можем найти доказательства тысяч ранее необнаруженных событий.
Их исследование под названием «Оптимальный поиск астрофизического гравитационно-волнового фона» недавно появилось в журнале. Физический обзор X, Исследование было проведено Рори Смитом и Эриком Трейном, старшим преподавателем и научным сотрудником в университете Монаш, соответственно. Оба исследователя также являются членами Центра передовых технологий ARC по исследованию гравитационных волн (OzGrav).
Как утверждают в своем исследовании, каждые 2-10 минут пара черных дыр звездной массы сливается где-то во Вселенной. Небольшая их часть достаточно велика, чтобы результирующее гравитационно-волновое событие могло быть обнаружено передовыми приборами, такими как лазерная интерферометр, гравитационно-волновая обсерватория и обсерватория Дева. Остальные, однако, способствуют своего рода стохастическому фоновому шуму.
Измеряя этот шум, ученые могут гораздо больше изучать в плане событий и узнавать гораздо больше о гравитационных волнах. Как объяснил доктор Трейн в заявлении для прессы в университете Монаш:
«Измерение гравитационно-волнового фона позволит нам изучать популяции черных дыр на огромных расстояниях. Когда-нибудь эта техника позволит нам увидеть гравитационные волны от Большого взрыва, скрытые за гравитационными волнами от черных дыр и нейтронных звезд ».
Доктор Смит и Трейн не являются любителями, когда дело доходит до изучения гравитационных волн. В прошлом году они оба участвовали в крупном прорыве, когда исследователи из LIGO Scientific Collaboration (LSC) и Virgo Collaboration измерили гравитационные волны от пары сливающихся нейтронных звезд. Это был первый случай, когда слияние нейтронных звезд (aka. Kilonova) наблюдалось как в гравитационных волнах, так и в видимом свете.
Эта пара также была частью команды Advanced LIGO, которая впервые обнаружила гравитационные волны в сентябре 2015 года. На сегодняшний день совместными усилиями LIGO и Virgo подтверждено шесть подтвержденных событий гравитационных волн. Но, по словам доктора Трейна и Смита, каждый год может происходить до 100 000 событий, которые эти детекторы просто не в состоянии обработать.
Эти волны - то, что объединяется, чтобы создать фон гравитационной волны; и хотя отдельные события слишком малозаметны, чтобы их можно было обнаружить, исследователи годами пытались разработать метод обнаружения общего шума. Опираясь на комбинацию компьютерного моделирования слабых сигналов черной дыры и массы данных известных событий, д-р. Трейн и Смит утверждают, что сделали именно это.
Исходя из этого, пара смогла создать сигнал в смоделированных данных, которые, по их мнению, свидетельствуют о слабых слияниях черных дыр. Заглядывая в будущее, доктора Трейн и Смит надеются применить свой новый метод к реальным данным и надеются, что он принесет результаты. Исследователи также получат доступ к новому суперкомпьютеру OzSTAR, который был установлен в прошлом месяце в Технологическом университете Суинберна, чтобы помочь ученым искать гравитационные волны в данных LIGO.
Этот компьютер отличается от тех, которые используются сообществом LIGO, в которое входят суперкомпьютеры CalTech и MIT. Вместо того, чтобы полагаться на более традиционные центральные процессоры (ЦП), OzGrav использует графические процессоры - которые могут быть в сотни раз быстрее для некоторых приложений. По словам профессора Мэтью Бэйлса, директора суперкомпьютера OzGRav:
«Он в 125 000 раз мощнее, чем первый суперкомпьютер, который я построил в этом учреждении в 1998 году… Используя мощь графических процессоров, OzStar может сделать большие открытия в гравитационно-волновой астрономии».
Что было особенно впечатляющим в изучении гравитационных волн, так это то, как они развивались так быстро. С момента первоначального обнаружения в 2015 году ученые из Advanced LIGO и Virgo подтвердили шесть различных событий и ожидают обнаружения еще многих. Кроме того, астрофизики даже придумывают способы использования гравитационных волн, чтобы больше узнать об астрономических явлениях, которые их вызывают.
Все это стало возможным благодаря улучшениям в приборостроении и расширению сотрудничества между обсерваториями. А благодаря более сложным методам, предназначенным для просеивания архивных данных для получения дополнительных сигналов и фонового шума, мы многое узнаем об этой таинственной космической силе.
