Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) tutkijat ilmoittivat 11. helmikuuta 2016 ensimmäisen gravitaatioaaltojen havaitsemisen. Tämä kehitys, joka vahvisti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian vuosisataa sitten tekemän ennusteen, on avannut uusia tutkimusväyliä kosmologeille ja astrofysiikoille. Siitä lähtien on tehty lisää havaintoja, joiden kaikkien sanottiin johtuvan mustien reikien sulautumisesta.
Viimeisin havaitseminen tapahtui 14. elokuuta 2017, kun kolme observatorioa - Advanced LIGO ja Advanced Virgo -ilmaisimet - havaitsivat samanaikaisesti gravitaatioaallot, jotka syntyivät yhdistämällä mustia reikiä. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun kolme erilaista laitosta ympäri maailmaa havaitsivat painovoima-aallot, aloittaen siten uuden kosmetiikan ilmiöiden maailmanlaajuisesti verkottuneen tutkimuksen aikakauden.
LIGOn tieteellinen yhteistyö ja neitsytyhteistyö julkaisivat äskettäin tutkimusta, joka yksityiskohtiin näitä havaintoja. Otsikko “GW170814: Kolmen detektorin havainnointi painovoima-aalloista binaarisen mustan reiän yhteensovittamisesta”, tämä tutkimus on myös hyväksytty julkaistavaksi tieteellisessä lehdessä Fyysiset tarkistuskirjeet.
Tapahtumaa, nimeltään GW170814, tarkkailtiin kello 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) 14. elokuuta 2017. Tapahtuman havaitsi kansallisen tiedesäätiön kaksi LIGO: ta. ilmaisimet (sijaitsevat Livingstonissa, Louisiana ja Hanford, Washington) ja Neitsyt-ilmaisin, joka sijaitsee lähellä Pisaa, Italia - joita ylläpitää Kansallinen tieteellisen tutkimuksen keskus (CNRS) ja Kansallinen ydinfysiikan instituutti (INFN).
Vaikka ei ollut ensimmäinen gravitaatioaaltojen havaitsemisen tapaus, tämä oli ensimmäinen kerta, kun kolme observatorioa havaitsi tapahtuman samanaikaisesti. Kuten NSF: n johtaja France Córdova sanoi äskettäisessä LIGO: n lehdistötiedotteessa:
”Hieman yli puolitoista vuotta sitten, NSF ilmoitti, että sen laserinterferometrin gravitaatioaaltojen observatorio oli havainnut ensimmäisen kerran gravitaatioaallot, mikä johtui kahden mustan aukon törmäyksestä galaksissa miljardin valovuoden päässä. Tänään meillä on ilo ilmoittaa ensimmäisestä löytöstä, joka tehtiin Neitsyt-gravitaatioaalto-observatorion ja LIGO-tieteellisen yhteistyön yhteistyönä. Näissä observatorioissa, jotka sijaitsevat tuhansien mailien päässä toisistaan, havaittiin ensimmäisen kerran gravitaatiotaallon havaitseminen. Tämä on jännittävä virstanpylväs kasvavassa kansainvälisessä tieteellisessä pyrkimyksessä vapauttaa maailmankaikkeuden ylimääräiset mysteerit. ”
Havaittujen aaltojen perusteella LIGO: n tieteellinen yhteistyö (LSC) ja Neitsyt-yhteistyö pystyivät määrittämään tapahtuman tyypin sekä mukana olevien esineiden massan. Tutkimuksensa mukaan tapahtuman laukaisi kahden mustan aukon sulautuminen - jotka olivat vastaavasti 31 ja 25 aurinkojoukkoa. Tapahtuma tapahtui noin 1,8 miljardia valovuotta maasta, ja sen seurauksena muodostui pyörivä musta reikä noin 53 aurinkomassalla.
Tämä tarkoittaa, että noin kolme aurinkomassia muutettiin painovoima-energiaksi sulautumisen aikana, jonka LIGO ja Neitsyt havaitsivat. Vaikka tämä viimeisin havaitseminen on itsessään vaikuttava, se on vain maku siitä, mitä gravitaatioaaltoilmaisimet, kuten LIGO- ja Neitsyt-yhteistyöt, voivat tehdä nyt, kun he ovat saavuttaneet edistyneen vaiheensa ja yhteistyöhön keskenään.
Sekä Advanced LIGO että Advanced Virgo ovat toisen sukupolven gravitaatioaaltoilmaisimia, jotka ovat siirtyneet aiemmista. Caltechin ja MIT: n suunnittelemien, rakentamien ja käyttämien LIGO-tilojen tiedot kerättiin epäonnistuneesti vuosina 2002–2010. Syyskuusta 2015 alkaen Advanced LIGO kuitenkin siirtyi verkkoon ja aloitti kaksi tarkkailuajoa - O1 ja O2.
Sillä välin alkuperäinen Neitsyt-ilmaisin suoritti havainnot vuosien 2003 ja lokakuun 2011 välillä jälleen kerran ilman tuloksia. Helmikuuhun 2017 mennessä Advanced Virgo -ilmaisimen integrointi alkoi, ja instrumentit olivat verkossa seuraavan huhtikuun mennessä. Vuonna 2007 Neitsyt ja LIGO tekivät myös yhteistyötä jakaa ja analysoida yhdessä detektoriensa tallentamaa tietoa.
Elokuussa 2017 Virgo-ilmaisin liittyi O2-ajoon, ja ensimmäisen kerran samanaikainen havaitseminen tapahtui 14. elokuuta. Kaikkien kolmen LIGO- ja Virgo-instrumentin keräämät tiedot. Kuten LSC: n tiedottaja David Shoemaker - Massachusetts Institute of Technology (MIT) - tutkija - huomautti, tämä havaitseminen on vain ensimmäinen monista odotetuista tapahtumista.
"Tämä on vasta havaintojen alku, kun Virgo ja LIGO toimivat yhdessä verkoston avulla", hän sanoi. "Seuraavan syksylle 2018 suunnitellun tarkkailuajon jälkeen voimme odottaa tällaisia havaintoja viikoittain tai jopa useammin."
Tämä ei vain tarkoita, että tutkijoilla on parempi kuvaus tulevaisuuden tapahtumien havaitsemisesta, mutta he myös kykenevät tunnistamaan ne paljon paremmin. Itse asiassa siirtymisen kahden detektorin verkosta kolmeen ilmaisinverkkoon odotetaan lisäävän todennäköisyyttä osoittaa GW170814: n lähde tehtaalla, joka on 20. GW170814: n taivaan alue on vain 60 neliöastetta - yli 10 kertaa pienempi kuin pelkästään LIGO: n interferometrien avulla.
Lisäksi kumppanuudesta on hyötynyt myös tarkkuus, jolla etäisyys lähteestä mitataan. Kuten Georgia Tech -professori ja LSC: n varapuheenjohtaja, Laura Cadonati selitti:
”Tämä lisääntynyt tarkkuus antaa koko astrofysiikkayhteisölle mahdollisuuden tehdä vieläkin mielenkiintoisempia löytöjä, mukaan lukien multi-messenger-havainnot. Pienempi hakualue mahdollistaa teleskooppien ja satelliittien seuraamien havainnot kosmisista tapahtumista, jotka tuottavat gravitaatioaaltoja ja valon säteilyä, kuten neutronitähtien törmäys. "
Loppujen lopuksi lisäämällä ilmaisimia gravitaatioaaltoverkkoon saadaan myös yksityiskohtaisemmat testit Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta. Caltechin LIGO-laboratorion pääjohtaja David H. Reitze kiitti myös uutta kumppanuutta ja sitä, mitä se mahdollistaa.
"Tämän ensimmäisen Advanced LIGO- ja Neitsyt-ilmaisimien havaitsemalla olemme ottaneet askeleen pidemmälle gravitaatioaaltokosmokseen", hän sanoi. "Neitsyt tuo uuden tehokkaan kyvyn havaita ja paremmin paikantaa painovoima-lähteitä, joka johtaa epäilemättä tulevaisuuden jännittäviin ja odottamattomiin tuloksiin."
Painovoima-aaltojen tutkimus on osoitus maailman tiedejoukkojen ja interferometrian tieteen kasvavista kyvyistä. Vuosikymmenien ajan gravitaatioaaltojen olemassaolo oli vain teoriaa; ja vuosisadan vaihteessa kaikki yritykset havaita ne eivät olleet tuottaneet mitään. Mutta vain viimeisen kahdeksantoista kuukauden aikana on tehty useita havaintoja, ja tulevina vuosina odotetaan kymmeniä muita.
Lisäksi uuden globaalin verkon ja parannettujen välineiden ja menetelmien ansiosta nämä tapahtumat kertovat varmasti meille tilauksia universumistamme ja fysiikasta, joka sitä hallitsee.
