Gravitaatioaaltojen ensimmäinen havaitseminen (tapahtui syyskuussa 2015) käynnisti tähtitieteen vallankumouksen. Tämä tapahtuma ei vain vahvistanut Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustamaa teoriaa vuosisataa aiemmin, vaan myös aloitti uuden aikakauden, jolloin etäisten mustien reikien, supernovien ja neutronitähteiden sulautumisia voitiin tutkia tutkimalla niiden aiheuttamia aaltoja.
Lisäksi tutkijat ovat teorioineet, että mustien aukkojen sulautumat voisivat olla tosiasiassa paljon yleisempiä kuin aiemmin ajateltiin. Monash-yliopiston tutkijaparin tekemän uuden tutkimuksen mukaan nämä fuusioitumiset tapahtuvat muutaman minuutin välein. Kuuntelemalla he väittävät maailmankaikkeuden taustamelua, voisimme löytää todisteita tuhansista aiemmin havaitsemattomista tapahtumista.
Heidän tutkimuksensa, jonka otsikko on ”Astrofysikaalisen gravitaatioaalto-taustan optimaalinen haku”, ilmestyi äskettäin lehdessä Fyysinen arviointi X. Tutkimuksen suorittivat Rash Smith ja vastaavasti Monashin yliopiston tutkijatohtori Eric Thrane. Molemmat tutkijat ovat myös ARC: n huippuyksikön gravitaatioaaltojen etsinnässä (OzGrav) jäseniä.
Kuten he toteavat tutkimuksessaan, joka toinen 2–10 minuuttia, pari tähtimassan mustia reikiä sulautuu jonnekin maailmankaikkeuteen. Pieni osa näistä on riittävän suuria, jotta syntyvä gravitaatioaaltotapahtuma voidaan havaita edistyneillä instrumenteilla, kuten Laser Interferometrin gravitaatioaalto-observatoriossa ja Neitsyt-observatoriossa. Loput kuitenkin vaikuttavat eräänlaiseen stokastiseen taustameluun.
Mittaamalla tätä melua tutkijat voivat ehkä tutkia paljon enemmän tapahtumien tapaa ja oppia paljon enemmän painovoima-aalloista. Kuten tohtori Thrane selitti Monashin yliopiston lehdistötiedotteessa:
”Painovoima-aallon taustan mittaaminen antaa meille mahdollisuuden tutkia mustien reikien populaatioita valtavilla etäisyyksillä. Jonain päivänä tekniikka voi antaa meille mahdollisuuden nähdä gravitaatioaallot Suuresta Bangista, piilotettuina mustien reikien ja neutronitähtien painovoima-aaltojen taakse. "
Drs Smith ja Thrane eivät ole amatöörejä gravitaatioaaltojen tutkimisessa. Viime vuonna he olivat molemmat mukana suuressa läpimurtossa, jossa LIGO Scientific Collaborationin (LSC) ja Neitsytyhteistyön tutkijat mittasivat painovoima-aaltoja yhdistyvistä neutronitähteistä. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun neutronitähtien sulautumista (aka. Kilonovaa) havaittiin sekä painovoima-aalloissa että näkyvässä valossa.
Pari oli myös osa Advanced LIGO -tiimiä, joka havaitsi ensimmäisen painovoima-aaltojen syyskuussa 2015. Tähän päivään mennessä LIGO ja Virgo -yhteistyöt ovat vahvistaneet kuusi vahvistettua painovoima-aallon tapahtumaa. Mutta Drs Thrane'n ja Smithin mukaan vuosittain voi tapahtua jopa 100 000 tapahtumaa, joita nämä ilmaisimet eivät yksinkertaisesti ole varustettu käsittelemään.
Nämä aallot muodostavat yhdessä gravitaatiotaallon taustan; ja vaikka yksittäiset tapahtumat ovat liian hienovaraisia havaitsemista varten, tutkijat ovat vuosien ajan yrittäneet kehittää menetelmää yleisen melun havaitsemiseksi. Vedoten yhdistelmään huonojen mustien aukkojen signaalien ja tunnettujen tapahtumien tietomäärien tietokonesimulaatioita, Drs. Thrane ja Smith väittävät tehneensä juuri sen.
Tästä pari pystyi tuottamaan simuloidun tiedon sisällä signaalin, jonka heidän mielestään on todiste heikosta mustan aukon sulautumisesta. Jatkossa Drs Thrane ja Smith toivovat soveltavansa uutta menetelmäänsä todelliseen tietoon, ja ovat optimistisia, että se tuottaa tuloksia. Tutkijoilla on myös pääsy uuteen OzSTAR-supertietokoneeseen, joka asennettiin viime kuussa Swinburnen teknilliseen yliopistoon auttaakseen tutkijoita etsimään gravitaatioaaltoja LIGO-tiedoista.
Tämä tietokone eroaa LIGO-yhteisön käyttämistä tietokoneista, joihin kuuluu CalTechin ja MIT: n supertietokoneet. Sen sijaan, että luottaisi perinteisempiin keskusyksiköihin (CPU), OzGrav käyttää graafisia prosessoriyksiköitä - jotka voivat olla satoja kertoja nopeampia joissakin sovelluksissa. OzGRav-supertietokoneen johtajan professori Matthew Bailesin mukaan:
"Se on 125 000 kertaa tehokkaampi kuin ensimmäinen supertietokone, jonka rakensin laitokselle vuonna 1998 ... Hyödyntämällä GPU: ien voimaa, OzStarilla on potentiaalia tehdä suuria löytöjä gravitaatioaallon tähtitiedessä."
Mikä on ollut erityisen vaikuttavaa gravitaatioaaltojen tutkimuksessa, miten se on edennyt niin nopeasti. Alkuperäisestä havainnosta vuonna 2015 lähtien Advanced LIGO: n ja Neitsyt-tutkijat ovat nyt vahvistaneet kuusi erilaista tapahtumaa ja odottavat havaitsevan monia muita. Tämän lisäksi astrofysiikot keksivät jopa tapoja käyttää painovoima-aaltoja oppiakseen lisää niitä aiheuttavista tähtitieteellisistä ilmiöistä.
Kaikki tämä tehtiin mahdolliseksi parantamalla instrumentointia ja kasvamalla yhteistyötä observatorioiden välillä. Ja edistyneemmillä menetelmillä, jotka on suunniteltu seulomaan arkistotietojen läpi lisäsignaaleja ja taustamelua, voimme oppia paljon enemmän tästä salaperäisestä kosmisesta voimasta.
