اشتعلت موجات الجاذبية للمرة الرابعة: كيف ساعد كاشف العذراء الجديد

أعلن اليوم تعاون LIGO & Virgo (سيتم نشره في PRL ، يمكن قراءة المقالة هنا ) حول اكتشاف جديد لموجات الجاذبية (GW170814). تم تسجيل الأحداث الثلاثة الأولى ( واحد ، اثنان ، ثلاثة ) على كاشفين ليجو في الولايات المتحدة الأمريكية. في 1 أغسطس ، انضم كاشف VIRGO الأوروبي المتقدم ، الموجود في إيطاليا ، إلى الملاحظات. وفي 14 أغسطس ، تم الكشف عن موجات الجاذبية من التقاء الثقوب السوداء من قبل أجهزة الكشف الثلاثة.


تقييم موقع جميع مصادر موجات الجاذبية المسجلة. تم تعريف GW170814 بدقة أكبر بكثير بسبب استخدام البيانات من ثلاثة أجهزة كشف.

حول الإشارة

الصف العلوي: نسبة الإشارة إلى الضوضاء لثلاثة من أجهزة LIGO Hanford و LIGO Livingston و Virgo ؛ الصف الأوسط: تغير في طيف الإشارة بمرور الوقت ؛ الصف السفلي: إشارة الوقت (اللون) ، الإشارة المفلترة (الرمادي) ونموذج GR المتراكب (أسود)

كما في المرات الثلاث السابقة ، كان مصدر الإشارة هو دمج الثقوب السوداء للكتل الشمسية 25 و 30 ، على مسافة حوالي 1.5 مليار سنة ضوئية. نتيجة للاندماج ، تم تشكيل ثقب أسود بكتلة ~ 53 من الكتلة الشمسية ، وتحويل ~ 2.7 كتلة شمسية إلى موجات جاذبية. تعطي نسبة الإشارة إلى الضوضاء 18 احتمال وجود إشارة خاطئة 1 في 27 ألف سنة. ترتبط الإشارة نفسها بشكل جيد مع GR ، ولا توجد مفاجآت هنا. الأكثر إثارة للاهتمام هو حقيقة الكشف عن ثلاثة أجهزة كشف ، والمعرفة الإضافية التي يمكننا الحصول عليها من هذا.

برج العذراء متقدم

يقع الكاشف الأوروبي بالقرب من بيزا في إيطاليا. يجمع تعاون Virgo بين علماء من إيطاليا وفرنسا وهولندا وبولندا والمجر. الكاشف نفسه مشابه لـ LIGO المتقدم ، ولكن بحساسية أقل بسبب عدة عوامل: إنه أقصر إلى حد ما - طول ذراع مقياس التداخل هو 3 كم ، وليس 4 ، كما هو الحال في LIGO ؛ معلقات المرايا مصنوعة من المعدن (عامل جودة أقل وضجيج حراري أكثر) ؛ الليزر أقل قوة. أنظمة التحكم في الضوضاء والتصفية في مرحلة مبكرة من التنفيذ.

ونتيجة لذلك ، تكون الحساسية عند الترددات العالية أقل عدة مرات من LIGO ، والكاشف نفسه صاخب تمامًا. يمكن رؤية الضوضاء غير المفلترة لمصدر الطاقة عند 50 هرتز ، وكذلك القمم من إشارات التحكم المختلفة ، بوضوح على الطيف.


كثافة الضوضاء الطيفية للكاشفات (مع الضوضاء المعروفة المفلترة). كلما قلت الضوضاء ، زادت حساسية الكاشف.

كيف يساعد الكاشف الثالث في الكشف؟

تجعل الحساسية المنخفضة لـ Virgo من الصعب التعرف على الإشارة في الضوضاء (كما يمكن رؤيته في الصورة الثانية في المقالة) ، وبدون LIGO لن يتم التعرف على هذه الإشارة على أنها موثوقة بما فيه الكفاية. ومع ذلك ، بالاقتران مع كاشفين من LIGO ، يسمح لك بتثليث موقع المصدر بدقة أكبر بكثير.


المنطقة التي يقع فيها مصدر الإشارة في السماء: الأصفر - فقط LIGO ، والأخضر - LIGO و Virgo معًا ، والأرجواني - تقدير بايزي للموقع ، مع مراعاة جميع معلمات النموذج بناءً على LIGO و Virgo. اليمين: نطاق المصدر المقدر.

بالإضافة إلى ذلك ، يسمح الكاشف الثالث ، الموجود في مستوى مختلف ، للمرء بعمل تقديرات لاستقطاب الجسيمات المحمومة. في النسبية العامة ، تمتد موجات الجاذبية وتضغط الفضاء عموديًا على اتجاه انتشارها ، وهناك نوعان من الاستقطاب (س و +)

صورة توم دون

عندما يصل HW إلى الكاشف بشكل متعامد تمامًا مع مستوى مقياس التداخل ويتزامن اتجاه الذراعين مع الاستقطاب ، يصل اتساع الإشارة إلى الحد الأقصى. على سبيل المثال ، إذا وصلت الموجة المستقطبة س إلى كاشف يدور 45 درجة بالنسبة له ، يتم تمديد كلا الذراعين بنفس الطريقة ، ولا يتغير نمط التداخل عند الإخراج ، أي لن تكون هناك إشارة. إذا كان هناك كاشفان يقعان في مستويات مختلفة ، مثل LIGO و Virgo ، فإن سعة الإشارة ستختلف ليس فقط بسبب الانحدار نسبة إلى اتجاه الانتشار ، ولكن أيضًا بسبب الاتجاه المختلف للكاشف فيما يتعلق بالاستقطاب. هذا يجعل من الممكن تقدير استقطاب HS. يتواجد كل من كاشفات LIGO تقريبًا في نفس المستوى ولديهما اتجاه قريب ، ولكن يقع برج العذراء بزاوية كبيرة ، مما يحسن التقديرات بشكل كبير.

نقطة مثيرة للاهتمام هنا هي ما يلي: النظريات المترية للجاذبية (و GR هي واحدة منها فقط) لا تسمح فقط بالتوتر (كما هو الحال في GR) ، ولكن أيضًا الاستقطاب المتجهي والعددي. تسمح لنا القدرة على قياس الاستقطاب بالتحقق مما إذا كنا نقيس استقطاب الموتر بالفعل. لهذا ، يتم إجراء نفس الحسابات للاندماج ، كما هو الحال في حالة الموارد الوراثية ، على افتراض استقطاب عددي أو متجه ، وتتم مقارنة النتيجة بالإشارة الحقيقية. ونتيجة لذلك ، تبين أن GR نموذج أكثر احتمالية من العددية البحتة أو الاتجاهية البحتة.

ما هي الخطوة التالية؟

اكتملت الدورة الثانية من الملاحظات ، ويقوم العلماء بمعالجة البيانات. أجهزة الكشف في الخدمة ، وستبدأ دورة العلوم التالية في مكان ما خلال عام. خلال هذا الوقت ، سيتم زيادة قوة الليزر ، سيتم تقليل الخسائر الناجمة عن تشتت الضوء ، وربما ، سيتم إضافة ضوء مضغوط .

ترقبوا!

الإضافات

1. محاكاة جميلة لدمج BH
   
   
2. صورة جميلة للسماء مع مصادر GV

   
   
3. خريطة السماء التفاعلية مع الينابيع
4. في مقال سابق ومناقشات حوله ، كنت قذرة في كيفية الكشف عن الجاذبية. يمكن أن تساعد الموجات في تقدير سرعة انتشارها.
   
   
   التفاصيل

   على وجه الخصوص ، قلت إن استخدام كاشفين لـ "التثليث" يمكن أن يعطي تقييمًا جيدًا لهذه السرعة.
   هذا ليس صحيحًا ، إذا قمت بتقييم السرعة ببساطة عن طريق تأخير الإشارة بين كاشفين ، يمكنك تحديد هذه السرعة فقط. من الصعب تحديد اتجاه الانتشار باستخدام كاشفين ، وحتى باستخدام البيانات من جميع الاكتشافات ، ولكن مع الأخذ في الاعتبار جميع أوجه عدم اليقين ، يمكن إعطاء التقدير بدقة 50٪. حتى ثلاثة مكشافات تعطي دقة منخفضة إلى حد ما ، ضمن نسبة مئوية. هنا يمكنك قراءة المزيد.
   التقدير الذي أعطيته يأتي من تقدير تشتت القبور. موجات ، بافتراض صحة GR. أي أن الكشف يسمح لنا بالقول بدقة كبيرة جدًا أنه لا يوجد تشتت لـ GW ، وبالتالي ، وفقًا لـ GR ، فإن سرعتها تساوي سرعة الضوء.
   بفضل Serge3leo للتصحيحات.