De LIGO Scientific Collaboration en Virgo Collaboration hebben een catalogus met resultaten vrijgegeven van de eerste helft van hun derde observatierun (O3a), en wetenschappers hebben meer dan drie keer zoveel zwaartekrachtsgolven gedetecteerd dan de eerste twee runs samen. Zwaartekrachtgolven werden voor het eerst gedetecteerd in 2015 en zijn rimpelingen in tijd en ruimte die worden veroorzaakt door samensmelting van zwarte gaten en/of neutronensterren. Verschillende onderzoekers van het Centre for Computational Relativity and Gravitation (CCRG) van het Rochester Institute of Technology waren nauw betrokken bij het analyseren van de zwaartekrachtsgolven en het begrijpen van hun betekenis.

De catalogus beschrijft 39 nieuwe zwaartekrachtgolfgebeurtenissen die zijn gedetecteerd tijdens O3a, waardoor het totaal op 50 komt, en verschillende van de nieuw ontdekte dubbelsterren hebben unieke eigenschappen die ons begrip van de vorming van binaire zwarte gaten vergroten. O3a heeft de grootste en kleinste binaire zwarte gaten tot nu toe ontdekt, variërend van 150 keer de grootte van onze zon tot slechts 3 keer groter. O3a detecteerde ook het eerste binaire zwarte gat dat met vertrouwen werd gevormd uit zeer asymmetrische zwarte gaten, evenals verschillende binaire zwarte gaten met unieke spin-eigenschappen.

Jacob Lange '18 MS (astrofysische wetenschappen en technologie), '20 Ph.D. (astrofysische wetenschappen en technologie) werkte aan het parameterschattingsgedeelte van de analyse, die belangrijke kenmerken over elke zwaartekrachtgolfgebeurtenis identificeert, inclusief de massa's van de betrokken zwarte gaten of neutronensterren, hun draai, afstand tot de aarde en positie in de lucht. Terwijl hij een Ph.D. student aan het RIT, hij hielp bij het ontwikkelen van algoritmen voor het schatten van parameters die sneller waren dan conventionele methoden en die werden gebruikt voor veel van de gebeurtenissen die in de catalogus werden gepubliceerd. Lange, die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan het Institute for Computational and Experimental Research in Mathematics van de Brown University, zei dat verbeteringen aan de sensoren en parameterschattingstechnieken steeds uniekere bevindingen hebben opgeleverd die ons begrip van het universum uitdagen.

"We zien veel complexere gebeurtenissen waarbij de natuur ons echt haar fascinerende kant laat zien, "zei Lange. "We zullen veel interessantere natuurkunde en astrofysica kunnen leren van deze detecties. Hoe meer we deze catalogus van evenementen opbouwen, hoe meer we uitspraken kunnen doen over de totale bevolking."

Daniel Wysocki '18 MS (astrofysische wetenschappen en technologie), '20 Ph.D. (astrofysische wetenschappen en technologie) gewerkt aan het analyseren van de populatie-eigenschappen van zwarte gaten na O3a. Wysocki, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee, zei dat we een duidelijker beeld krijgen van hoe typische zwarte gaten eruit zien, hoeveel zijn er, hoe de populatie zwarte gaten is veranderd naarmate het universum evolueerde, en andere belangrijke eigenschappen.

"Deze catalogus vertegenwoordigt een aanzienlijke toename van de steekproefomvang ten opzichte van onze vorige release, "zei Wysocki. "Het is als een volkstelling die mensen gegevens verschaft om te zien of hun fysieke modellen consistent zijn met wat er in het universum gebeurt. Dit heeft gevolgen voor de algemene relativiteitstheorie, de fysica van sterren, en het gedrag van materie bij energieën die niet mogelijk zijn in een terrestrisch laboratorium. Langs de lijn die ons echt kan helpen ons begrip van dingen op aarde te veranderen."

Met incrementele verbeteringen die de komende jaren online komen, nieuwe grond- en ruimteobservatoria in de komende decennia, en LIGO en Virgo bereiden zich voor op de vierde observatierun, de toekomst is rooskleurig voor astronomie met zwaartekrachtgolven. Universitair hoofddocent Richard O'Shaughnessy, een lid van CCRG en de LIGO Scientific Collaboration, zei dat er nog meer ontdekkingen in het verschiet liggen.

"We hebben meer geleerd over wat de natuur toelaat, " zei O'Shaughnessy. "We hebben meer grote zwarte gaten gevonden, kleinere broers en zussen van het enorme evenement beschreven in de zomer en we vonden, te, dat grote zwarte gaten snel kunnen ronddraaien. Dat breekt sommige theorieën over hoe grote zwarte gaten zouden kunnen ontstaan. We zien zeer verleidelijke suggesties dat sommige van de samensmeltende zwarte gaten mogelijk niet goed zijn uitgelijnd met de baan."

Speculerend over de betekenis van deze waarnemingen, O'Shaughnessy zei:"Vele jaren geleden, Ik liet zien dat een verkeerde uitlijning duidelijk kon identificeren hoe zwarte gaten samensmelten. We zijn een stap dichter bij het vinden van een smoking gun."