Wetenschap
Onderzoekers bevorderen de detectie van zwaartekrachtgolven om botsingen van neutronensterren en zwarte gaten te bestuderen
Onderzoekers van het Twin Cities College of Science and Engineering van de Universiteit van Minnesota hebben samen een nieuw onderzoek geleid door een internationaal team dat de detectie van zwaartekrachtsgolven – rimpelingen in ruimte en tijd – zal verbeteren.
Het onderzoek heeft tot doel om binnen 30 seconden na de detectie waarschuwingen naar astronomen en astrofysici te sturen, waardoor het begrip van neutronensterren en zwarte gaten en hoe zware elementen, waaronder goud en uranium, worden geproduceerd, wordt verbeterd.
Het artikel, getiteld "Low-latency gravitational wave alert products and their performance at the time of the vierde LIGO-Virgo-KAGRA observation run", is onlangs gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences .
Zwaartekrachtgolven hebben een wisselwerking met de ruimtetijd door deze in één richting samen te drukken en deze in de loodrechte richting uit te rekken. Dat is de reden dat de huidige state-of-the-art zwaartekrachtgolfdetectoren L-vormig zijn en de relatieve lengtes van de laser meten met behulp van interferometrie, een meetmethode die kijkt naar de interferentiepatronen die worden geproduceerd door de combinatie van twee lichtbronnen.
Om zwaartekrachtsgolven te detecteren, moet de lengte van de laser nauwkeurig worden gemeten:dit komt overeen met het meten van de afstand tot de dichtstbijzijnde ster, op ongeveer vier lichtjaar afstand, tot aan de breedte van een mensenhaar.
Dit onderzoek maakt deel uit van de LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Collaboration, een netwerk van zwaartekrachtgolfinterferometers over de hele wereld.
In de nieuwste simulatiecampagne werden gegevens uit eerdere observatieperioden gebruikt en werden gesimuleerde zwaartekrachtgolfsignalen toegevoegd om de prestaties van de software- en apparatuurupgrades te tonen. De software kan de vorm van signalen detecteren, volgen hoe het signaal zich gedraagt en inschatten welke massa's bij de gebeurtenis betrokken zijn, zoals neutronensterren of zwarte gaten. Neutronensterren zijn de kleinste, meest dichte sterren waarvan bekend is dat ze bestaan en worden gevormd wanneer massieve sterren exploderen in supernova's.
Zodra deze software een zwaartekrachtgolfsignaal detecteert, stuurt het waarschuwingen naar abonnees, meestal astronomen of astrofysici, om te communiceren waar het signaal zich in de lucht bevond. Met de upgrades in deze waarnemingsperiode kunnen wetenschappers sneller waarschuwingen sturen, minder dan 30 seconden, na de detectie van een zwaartekrachtgolf.
"Met deze software kunnen we de zwaartekrachtgolf van botsingen met neutronensterren detecteren die normaal gesproken te zwak is om te zien, tenzij we precies weten waar we moeten kijken", zegt Andrew Toivonen, een Ph.D. student aan de Twin Cities School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Minnesota.
"Het eerst detecteren van de zwaartekrachtsgolven zal helpen de botsing te lokaliseren en astronomen en astrofysici te helpen verder onderzoek te voltooien."
Astronomen en astrofysici zouden deze informatie kunnen gebruiken om te begrijpen hoe neutronensterren zich gedragen, kernreacties tussen botsende neutronensterren en zwarte gaten te bestuderen, en hoe zware elementen, waaronder goud en uranium, worden geproduceerd.
Dit is de vierde waarnemingsronde waarbij gebruik wordt gemaakt van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), en er zal worden waargenomen tot en met februari 2025. Tussen de laatste drie waarnemingsperioden hebben wetenschappers verbeteringen aangebracht in de detectie van signalen. Nadat deze observatierun is afgelopen, zullen onderzoekers de gegevens blijven bekijken en verdere verbeteringen aanbrengen met als doel nog sneller waarschuwingen te verzenden.
In het multi-institutionele artikel was naast Toivonen ook Michael Coughlin opgenomen, assistent-professor aan de School voor Natuurkunde en Sterrenkunde aan de Universiteit van Minnesota.